Cog, Kismet en de rest

Complex gedrag ontstaat vaak uit simpele basisregels. En dus ging Rodney Brooks insecten nabouwen. Het wachten is op de `killerapplicatie'.

`Waarom verknalt die jongen zijn carrière?' verzuchtte een gerenommeerd onderzoeker na de lezing die Rodney Brooks in 1985 op het tweede internationale symposium voor robotica hield. Hoewel zijn robot Allen veel beter presteerde dan andere robots, was er volgens de toehoorders een serieus probleem. ``Hij deed het te simpel!'' zegt Brooks in een Amsterdams hotel, daags na een lezing ter promotie van zijn nieuwe boek De kunstmatige mens: hoe machines ons denken veranderen. ``Allen kon veel meer en deed alles ook sneller dan alle andere robots uit die tijd. Maar omdat ik geen tig vergelijkingen, geen bladzijdenlange ingewikkelde algoritmen had geïmplementeerd, kon dit geen serieuze robotica zijn.''

Rodney Brooks had de klassieke dogma's van de kunstmatige intelligentie overboord gegooid. Zeventien jaar later, is hij nog steeds een buitenbeentje in de wetenschappelijke wereld van robots en kunstmatige intelligentie.

Brooks carrière begon in 1977, als onderzoeksassistent aan Stanford Artificial Intelligence Laboratory. SAIL was opgericht door John McCarthy, die in 1956 de uitdrukking `Artificial Intelligence' (AI) bedacht. Later stichtte McCarthy samen met Marvin Minsky het MIT Artificial Intelligence Laboratory, waarvan Rodney Brooks thans directeur is.

Tijdens een lange vakantie in Thailand dacht Brooks na over de manier waarop insecten zich voortbewegen, en hoe je dat aan een robot zou kunnen leren. Insecten hebben hooguit een paar honderdduizend zenuwcellen, maar kunnen zich efficiënt en snel voortbewegen, obstakels vermijden, en voedsel en partners vinden. Zelfs de primitiefste insecten zijn superieur aan onze meest geavanceerde robots. Insecten maken geen kaart van hun omgeving, en stippelen niet vooraf een route uit. Ze gaan gewoon op pad, en reageren ad hoc op de obstakels die ze onderweg tegenkomen. Brooks: ``Insecten zijn in de loop der tijd geëvolueerd. Aanvankelijk hadden ze eenvoudige vermogens en ontwikkelden later steeds verfijndere capaciteiten. Dat is de metafoor die ik voor mijn robots koos. Ik wilde een eenvoudig besturingssysteem bouwen voor eenvoudig gedrag. Daar bovenop zou ik nieuwe lagen toevoegen voor complexere gedragingen, waarbij het oude besturingssysteem gewoon door bleef werken. Die nieuwe systemen konden wel het oude systeem overrulen. Het aanbrengen van nieuwe lagen zou de evolutie naar steeds complexere systemen moeten nabootsen.''

Brooks ontwierp drie hiërarchische lagen. Op het laagste niveau vermijdt de robot contact met obstakels, en deinst terug voor objecten die zijn sensoren detecteren. Het middelste niveau geeft de robot zwerflust door hem willekeurig (doelloos) te laten rondlopen. Het hoogste niveau reageert op externe prikkels, bijvoorbeeld licht of geluid. Met deze strategie bouwde Brooks Allen en Herbert (vernoemd naar AI-pioniers Allen Newell en Herbert Simon), en vervolgens zijn meest geslaagde mobiele robot, Genghis.

Genghis lijkt op een insect met zes identieke stijve poten, en een kop waarop zes infraroodsensoren en twee voelsprieten zijn bevestigd. Er is geen centraal brein dat alles meet, regelt en stuurt. Genghis heeft 51 autonome programmaatjes, zogeheten Augmented Finite State Machines (AFSMs), die elk niet ingewikkelder zijn dan het besturingsprogramma van een frisdrankautomaat. Iedere AFSM heeft slechts een bescheiden taak in het geheel, maar is in staat zijn eigen gedrag aan te passen op basis van ervaring. Genghis beschikt over twee voelsprieten, een weerstandsmeter op iedere motor en een hellingsmeter.

route uitstippelen

Die zintuigen beïnvloeden het gedrag van de AFSMs, en daarmee het gedrag van de robot als geheel. Brooks: ``Een traditionele lopende robot maakt eerst een driedimensionaal model van de omgeving en stippelt daarin een route uit die alle obstakels omzeilt. Hij bepaalt waar hij zijn poten moet neerzetten en berekent de precieze draaiingen van alle gewrichten om zijn poten op de juiste plaats te zetten. Uiteindelijk verplaatst hij dan zijn poten. Genghis daarentegen verplaatst eerst zijn poten. De zintuigen laten de poten wel weten of het goed gaat.''

Door een directe terugkoppeling van de zintuigen naar de poten gedraagt Genghis zich als een levend insect dat moeiteloos loopt onder uiteenlopende omstandigheden, en schijnbaar doelloos rondzwerft. Maar zodra de infraroodsensoren de aanwezigheid van een persoon detecteren verandert Genghis in een roofdier met een jachtinstinct, en zet de achtervolging in. Brooks: ``Op iedereen die hem zag kwam Genghis over als een levend wezen. Maar zijn gedrag is niet terug te vinden in de programmatuur van de AFSMs. Nergens bestaat er een beschrijving van zijn prooi, van de route die de prooi volgt, of van het landschap waar bij doorheen moet zien te klauteren.'' Genghis was het `levende' bewijs dat doelgericht gedrag niet expliciet geprogrammeerd hoeft te worden, maar het gevolg kan zijn van een hiërarchisch gestructureerd doch semi-autonoom verdeeld brein. Ondanks een aanvankelijke scepsis paste het Jet Propulsion Laboratory (JPL) de ideeën van Brooks toe in de Marsrover Sojourner. Op 4 juli 1997 begon deze nazaat van Genghis op zes wielen aan een verkenning van het Marsoppervlak.

Rodney Brooks wilde met zijn robots langzaam de evolutionaire ladder bestijgen. Van insecten naar reptielen, dan via kleine zoogdieren en grote zoogdieren naar primaten, en uiteindelijk mensen. Maar na tien jaar werken aan insectachtige robots realiseerde Brooks zich dat hij nooit aan mensachtige robots toe zou komen: ``Met een beetje geluk zou ik aan het eind van mijn carrière katachtige robots ontwikkelen. Daarom heb ik de tussenliggende stadia overgeslagen, en me meteen op mensachtige robots geworpen.'' Opnieuw bracht hij eenvoudige vaardigheden onder in hiërarchisch op elkaar gestapelde lagen, en negeerde concepten als bewustzijn en intelligentie – stokpaardjes van het traditionele AI-onderzoek. Brooks: ``Mensen vragen vaak waarom ik mijn robots geen bewustzijn geef. Ik heb geen idee hoe dat zou moeten, dus ik probeer het niet eens. Er zijn zoveel simpele, meer fundamentele functies die voorafgaan aan bewustzijn, en die we nog lang niet begrepen hebben.''

Samen met zijn studenten ontwikkelde Rodney Brooks de humanoïde robots Cog en Kismet, die echter alleen een hoofd en een arm hebben. Veel aandacht werd besteed aan gelaatsuitdrukkingen en hoofdbewegingen – belangrijk bij non-verbale communicatie tussen mensen. Kismet heeft ogen, oren, wenkbrauwen en lippen. De veronderstelling is dat, hoe menselijker een robot reageert op een proefpersoon, des te beter de interactie zal verlopen. Hoewel Kismet niet begrijpt wat er gezegd wordt, en zelf alleen onzin brabbelt, waren er proefpersonen die moeiteloos een half uur met hem communiceerden. Dit ontkracht een ander klassiek dogma van de kunstmatige intelligentie, namelijk dat het doel van een conversatie het uitwisselen van informatie is.

Cog en Kismet zijn uitgerust met dezelfde geavanceerde functies waarover het menselijk visuele systeem beschikt. Naast binoculair zicht voor de perceptie van diepte, beschikken de robots ook over een vestibulo-oculaire reflex: wanneer je je hoofd draait meet het evenwichtsorgaan in je binnenoor die beweging, en draaien je ogen ter compensatie even ver de andere kant op zodat ze op hetzelfde punt gericht blijven. Dat gaat zonder visuele terugkoppeling, want het gebeurt ook in het donker. Als je opkijkt tijdens het lezen van de krant wordt het visuele systeem tijdelijk uitgeschakeld om te voorkomen dat je het als een beweging ervaart. Deze zogenaamde saccade is eveneens in de robots ingebouwd. Verder kunnen Cog en Kismet iemands kijkrichting bepalen uit de stand van zijn pupillen, en dan kijken naar datgene waar de proefpersoon naar kijkt. Net als bij Genghis werken alle functies autonoom en worden ze niet bestuurd vanuit een centraal brein. Opnieuw ontstaat spontaan gedrag dat nergens expliciet in de software is vastgelegd. Brooks: ``Cog was voor een groot deel het werk van Cynthia Breazeal. Tijdens een experiment zwaaide ze met een bordenwisser. Cog voerde een saccade uit, stak zijn hand uit, en raakte de wisser aan. Dit proces herhaalde zich een aantal keren. Het leek net alsof Cog en Cynthia elkaar om beurten iets lieten doen. In werkelijkheid was het natuurlijk Cynthia die telkens haar beurt afwachtte, maar voor een argeloze waarnemer leek het alsof Cog dat ook deed.''

platwormen

Hoewel Rodney Brooks de sprong maakte van insectachtige naar mensachtige robots, blijft er volgens hem veel te leren van simpele organismen. Een van zijn studenten werkt momenteel aan het imiteren van het verbluffende regenererend vermogen van polyclad platwormen, primitieve zeedieren met een `brein' van slechts 2000 zenuwcellen. Ondanks die beperkte capaciteit kan zo'n platworm zich probleemloos voortbewegen, voedsel vinden en zich voortplanten. Als dat brein wordt verwijderd kan het beest zich nog steeds voortbewegen, zij het gebrekkig. Dit onderschrijft de aanname van Brooks dat elementaire vaardigheden niet primair door een centrale computer worden geregeld. Als het brein achterstevoren wordt teruggeplaatst heeft de platworm aanvankelijk de neiging zich achterwaarts voort te bewegen. Maar na een dag of drie `leert' de worm weer voorwaarts te gaan. ``Het is duidelijk dat we iets nog totaal niet begrijpen, zolang onze computers met gigabytes aan geheugen dit niet eens bij benadering voor elkaar krijgen'', aldus Brooks.

Voor de definitieve doorbraak van robots in de samenleving is het wachten op de `killer application': de toepassing waardoor ze onmisbaar zullen worden, zoals pornofilms dat waren voor de videorecorder, en e-mail en internet voor de computer. Hoewel Rodney Brooks uit eigen ervaring weet hoe moeizaam er op het gebied van robotica vooruitgang wordt geboekt, en ondanks zijn uitspraak ``het is een riskante zaak om over de toekomst te speculeren, want je hebt het gegarandeerd mis'', deinst hij niet terug voor gewaagde voorspellingen. Zo voorziet hij in de landbouw grote robots voor het oogsten van graan of het rooien van aardappelen, en kleine robots voor het fijnere werk, zoals asperges steken of tomaten plukken. Die kleine robots zijn niet geheel autonoom maar worden op afstand gecontroleerd door een soort telewerkers. Die hoeven dus niet langer zelf het zware werk te doen, maar besturen de robots van achter een computerscherm.

Brooks gaat zelfs zo ver dat hij speculeert over werknemers in derdewereldlanden die via snelle internetverbindingen arbeid verrichten in de land- en tuinbouw van het rijke westen. Ook kunnen ze op die manier vanuit hun eigen land de schoonmaakrobots bedienen die bij ons de vervelende karweitjes in het huishouden gaan doen. Er zullen robots komen die we zelf vanaf kantoor met behulp van een internetbrowser kunnen bedienen. Deze huisrobots kunnen de loodgieter binnenlaten (en in de gaten houden), kijken of er nog genoeg bier in de koelkast ligt, en de kat te eten geven. De robots zullen steeds menselijker worden, omdat we daarmee het prettigst kunnen communiceren. Een robot die aan het stofzuigen is dient te beseffen dat hij niet de gang moet oversteken wanneer er iemand aan komt lopen. Hij zou bijvoorbeeld geduldig in de gangkast kunnen wachten tot iedereen het huis uit is, en pas dan aan het werk gaan.

Dankzij geavanceerde medische ingrepen zullen mensen ook steeds meer op robots gaan lijken. Uiteenlopende voorwerpen worden al sinds jaar en dag in ons lichaam ingebracht. Metalen platen en schroeven repareren complexe botbreuken, pacemakers verhelpen hartritmestoornissen, en bij sommige vormen van doofheid biedt een implantaat in het binnenoor uitkomst, rechtstreeks verbonden met de gehoorzenuw. Brooks trekt die lijn een flink eind door. Er komt een elektronisch netvlies waardoor blinden weer kunnen zien. We hoeven ons dan niet te beperken tot alleen het visuele deel van het spectrum. Infrarood zicht is bijzonder nuttig voor reddingswerkers en soldaten, en met ultraviolet zicht kan een boer de gezondheid van zijn gewassen inspecteren. Door het aanbieden van zulke extra mogelijkheden zullen ook mensen zonder visuele handicap kiezen voor het laten implanteren van een elektronisch netvlies. ``Ik twijfel daar geen moment aan'', zegt Brooks, ``kijk maar eens wat mensen allemaal bereid zijn te doen om van hun rimpels af te komen.'' De volgende stap is dat dit netvlies draadloos op het internet kan worden aangesloten, zodat je binnen in je hoofd kunt websurfen. Brooks doet nog meer van zulke revolutionaire voorspellingen, zoals een wekker die alleen in je eigen hoofd afgaat, en het door middel van gedachten aanzetten van het koffiezetapparaat beneden in de keuken.

De successen van Furby (38 miljoen stuks verkocht), Tamagotchi (het elektronische `huisdier' op een LCD schermpje) en Aibo (de 2500 dollar dure robothond van Sony, waarvan er in Japan binnen twintig minuten enkele duizenden werden verkocht) bewijzen volgens Rodney Brooks dat de mensheid klaar is voor de komst van robots. Op de vraag wat eigenlijk zijn drijfveren zijn, antwoordt hij: ``I wanna fill the world with robots.''

www.ai.mit.edu/projects/humanoid-

robotics-group/

www.ai.mit.edu/projects/genghis/

Rodney A. Brooks. `De Kunstmatige Mens; Hoe Machines Ons Veranderen'. De Bezige Bij, ISBN 90 234 0053 4, € 24,50.

    • Dap Hartmann