Belgische
firma werkt aan een artificieel brein
Starlab
neemt voortouw in kunstmatige intelligentie - 31-08-2000
De
Belgische firma Starlab heeft van Jacques Simonet, de minister-president
van het Brusselse Gewest, bij diens bezoek een subsidie van 37,4 miljoen
bef ontvangen om het onderzoek naar een kunstmatig brein te ondersteunen.
De firma plant de bouw van een neuraal netwerk met maar liefst 100
miljoen electronische cellen.
Starlab, een Brussels buitenbeentje
De firma Starlab is gesticht door Walter De Brouwer, die eerder commerciële
successen kende met Computer Magazine, CM Corporate en een rits internetbedrijfjes.
Na zich uit deze activiteiten te hebben terug getrokken kon hij echter
niet aan het rentenieren wennen en besloot hij een paradijs voor nerds
op te richten. In een Brussels herenhuis werken nu meer dan 60 wetenschappers
van 28 verschillende nationaliteiten aan uiteenlopende projecten die
allen slechts een doel hebben: voor wetenschappelijke vooruitgang
zorgen. Wie had verwacht hier ‘winst maken’ te zien staan komt dus
bedrogen uit. De Brouwer zelf beloofde op de openingsdag van Starlab
nog dat op die plaats “nooit iets zou worden uitgevonden dat werkt”,
of, met andere woorden, iets wat rechtstreeks op de markt gegooid
kan worden.
Starlab is dan ook een buitenbeentje: een commercieel bedrijf dat
geen producten heeft, en waar aan ‘blue sky research’ (fundamenteel
wetenschappelijk onderzoek) gedaan wordt zonder dat dit per se tot
praktische toepassingen hoeft te leiden. Een derde van de inkomsten
puurt Starlab dan ook uit subsidies. Een tweede inkomstenbron zijn
de consortia, sponsors die, eens een onderzoek voldoende concreet
geworden is, in ruil voor een jaarlijks abonnementsgeld vrije toegang
krijgen tot de onderzoeksresultaten. Tenslotte zijn er de spin-offs.
Als onderzoek leidt tot een uitvinding die commercialiseerbaar is
dan wordt daar een apart bedrijf voor opgericht.
Starlab baseert zijn activiteiten op 4 pijlers: bits, atomen, neuronen
en genen, samen het explosieve acroniem BANG. Achter elk van deze
deelgebieden schuilen nog meer letterwoorden en andere raadselachtige
begrippen: tranarchitecture, paperless animation, FOAM, nanomaterials,
superluminal motion, quantum consciousness, biochips, bioreactors...
. Het mag duidelijk zijn, hier wordt wetenschap bedreven. Starlab
geniet dan ook heel wat aandacht en duikt regelmatig op in media van
over de hele wereld.
Kunstmatige neurale netwerken: het menselijke brein nagebootst
In de meeste inleidingen rond artificiële intelligentie (AI) wordt
al in de inleiding gesproken over ‘Deep Blue II’, de supercomputer
die wereldkampioen Gary Kasparov versloeg. Voor de eerste keer in
de geschiedenis was een computer sterker in deze edele denksport dan
zijn menselijke tegenstander en dat lijkt voor velen een begin van
een onstuitbare evolutie: nu al zijn computers beter in schaken dan
de mens, andere domeinen zullen ongetwijfeld volgen. Daarbij wordt
vaak vergeten dat Deep Blue II zijn overwinning vooral te danken had
aan brute rekenkracht en niet zozeer aan intelligentie. Miljoenen
bewerkingen werden volgens een simpele als-dan logica verwerkt. Volgens
velen ligt de toekomst van de AI elders, met name bij kunstmatige
neurale netwerken (KNN). Dat is ook de aanpak van de wetenschappers
van Starlab. Maar wat zijn KNN’s precies?
Omdat KNN’s gebaseerd zijn op de werking van het menselijke brein
is het misschien raadzaam hierbij te beginnen. Het basiselement van
het menselijke brein in een bijzonder type cel, neuron genaamd. Het
brein bestaat uit 10 tot 100 miljard neuronen, en elk neuron kan verbonden
zijn met tot 200.000 andere neuronen. Zo ontstaat een netwerk van
een onvoorstelbare complexiteit.
Het functioneren van het brein is volgens de neurologische wetenschappen
gebaseerd op drie principes. Het eerste is de idee van verbindingssterkte,
met andere woorden, hoe sterk een neuron de daarmee verbonden neuronen
beïnvloedt. Leren, nieuwe ervaringen, de herhaling van bepaalde taken
enzoverder beïnvloeden de verbindingssterkte, waardoor sommige verbindingen
belangrijker worden en andere uitdoven of zelfs helemaal verdwijnen.
Een tweede principe is gebaseerd op het onderscheid tussen prikkelbaarheid
en remming. Elk neuron in het menselijk brein is of prikkelbaar of
geremd, wat wil zeggen dat activering van een neuron bepaalt of dat
neuron ‘afgaat’ (signalen verstuurd) of net niet. De mate waarin dit
gebeurt is afhankelijk van de verbindingssterkte.
Tenslotte is er de notie van transferfunctie, die bepaalt hoe vaak
een neuron ‘afgaat’. Daarin zijn alle denkbare variaties mogelijk:
een neuron kan geweldig ‘afgaan’ tot op een bepaalde grens, of net
andersom. Maar het kan ook een curve beschrijven waarbij een ondergrens
en een bovengrens bepalen wanneer een neuron in actie treedt.
Niet alleen de principes van een neuraal netwerk worden in KNN’s geïmiteerd,
ook de artificiële neuronen zelf worden zo geconstrueerd dat zij op
biologische neuronen lijken. Daarbij worden vier functies nagebootst:
het accepteren van input, het verwerken van die input, het omzetten
van input in output en tenslotte de output zelf, met andere woorden
het signaal dat naar een ander neuron wordt verstuurd.
KNN’s zijn dan netwerken met dergelijke artificiële neuronen waarvan
de werking wordt gebaseerd op de hoger beschreven principes. In theorie
zal een artificieel neuron deze principes, uitgedrukt in wiskundige
termen meekrijgen. Waar KNN’s verschillen van het menselijke brein
is in de organisatie van het netwerk. Bij KNN’s zijn daar drie types
eenheden bij betrokken. Een eerste soort zijn input-eenheden, die,
net als de zintuigen, informatie van buitenaf binnen het netwerk brengen.
Vervolgens passeert deze informatie door de verborgen eenheden, waarbij
de drie hierboven beschreven principes in rekening worden gebracht.
Tenslotte zorgen output-eenheden ervoor dat de verwerkte informatie
naar de buitenwerld kan worden overgedragen.
Dergelijke netwerken kunnen leren, een proces dat bijna volledig steunt
op de verbindingssterkte. Door de antwoorden te valueren kunnen bepaalde
verbinding versterkt worden en anderen afgebouwd. Geconfronteerd met
dezelfde input zal het netwerk na een dergelijke evaluatie een groter
kans hebben een juist antwoord te geven.
Successen zijn er in dit onderzoeksgebied al geboekt, meer bepaald
in gebieden als patroonherkenning en compressie. Interessant is dat
KNN’s goed lijken te zijn in dingen waarin ook de mens uitblinkt,
complexe informatie parallel verwerken, en zwak is in die dingen waar
ook mensen problemen mee hebben, zoals het volgen van formele regels
bij redeneringen. Logica is voorlopig nog niet aan neurale netwerken
besteed, iets wat critici doet vermoeden dat de idee van neurale netwerken
geen voldoende verklaring biedt voor de werking van het menselijke
brein. Anderen werpen op dat, door zich vooral te richten op principes
als verbindingssterkte, KNN’s mogelijk andere factoren die een belangrijke
rol spelen bij de werking van het brein buiten beschouwing laten.
Evoluerende hardware
De KNN’s waarmee op dit moment geëxperimenteerd wordt zijn eerder
beperkt in opzet en hebben doorgaans een grootte van enkele duizenden
of tienduizenden neuronen. De ambities van Starlab gaan heel wat verder.
Zij willen een KNN tot stand brengen met honderd miljoen electronische
cellen, nog steeds heel wat minder dan het menselijk brein dus. Daarvoor
zal Starlab gebruik maken van een CAM-Brain Machine (CBM) waarbij
CAM staat voor Cellular Automata Machine. Starlab is één van de vier
trotse bezitters van een dergelijk kleinood: de andere zijn eigendom
van Lernhout en Hauspie, het Advanced Telecommunications Lab (ATL)
in Kyoto, Japan en Genobyte in Colorado, VS. De CBM zal gebruikt worden
voor het ontwikkelen en testen van de verbindingen tussen kunstmatige
neuronen. Die verbindingen zullen zichzelf voortplanten en nieuwe
verbindingen creëren volgens de principes van de Darwiniaanse evolutie.
Paketten van 64.000 van deze evolutionaire circuits, met telkens 1000
neuronen, zullen dan één voor één worden gedownload in RAM-geheugen,
waarna ze onderling verbonden worden volgens een vooraf (door mensen)
bepaald plan. De CBM zal dan gebruikt worden om het hele artificiële
brein aan te drijven.
Ingaan op de technische gegevens zou te ver leiden, maar geïnteresseerden
kunnen
hier een pdf-versie downloaden van een artikel waarin de CBM
uitgebreid wordt toegelicht.
Het artificiële brein dat Starlab wil bouwen is dus niet alleen geïnspireerd
op de principes die in het neurale netwerk dat het menselijk brein
is de dienst uitmaken, maar integreert ook ideeën uit het onderzoeksveld
van de evoluerende hardware. In dit veld worden darwinistische evolutiemechanismen
en hardware design gecombineerd. Electronische circuits worden in
dit kader geregeerd door darwinistische principes als reproductie,
mutatie en survival of the fittest. De circuits reproduceren zichzelf,
zullen daarbij mutaties ondergaan en enkel de meest geschikte circuits
(die circuits die zorgen voor een goed resultaat op een bepaalde proef
of taak) zullen behouden blijven. Door gebruik te maken van Field
Programmable Gate Arrays (FPGA’s), een makkelijk configureerbaar soort
hardware, worden de tijdsgrenzen die software-simulaties vragen opgevangen.
Hardware is immers veel sneller dan dergelijke simulaties.
Robotkatten met een Starlab-brein
Omdat, met de woorden van de verantwoordelijke van het project, een
brein dat niets controleert weinig nuttig is, werd een robot ontworpen
die ook al bij eerdere versies van het KNN werd gebruikt. Het kreeg
de Japanse naam Robokoneko mee, wat zoveel betekent als robot-kitten.
Dit robot-poesje is 25 cm lang, ongeveer op ware grootte dus. De electronische
kat is uitgerust met in totaal 23 motoren, die de robot een zo natuurgetrouw
mogelijke beweging moeten schenken. De staat van de motoren wordt
met een feedback-mechanisme aan het brein doorgegeven, om de modules
die instaan voor de beweging toe te laten te evolueren. Omdat dit
echter een traag procédé is zal hiervoor doorgaans gebruik gemaakt
worden van computersimulaties van de robot. Verder is de kunstkat
ook uitgerust met een aantal sensoren en een camera, zodat ook de
omgeving waargenomen kan worden. De onderzoekers hopen zo een kat
te ontwikkelen die haar natuurlijke evenbeeld zo goed mogelijk benadert,
ook op vlak van intelligentie.
Starlab is overigens erg eerlijk over de eigenlijk taak van Robokoneko.
En dat is geld aantrekken in de vorm van subsidies of sponsoring.
Het bouwen van een brein bevindt zich namelijk nog min of meer in
een ‘proof of concept’-fase, wat wil zeggen dat nog aangetoond moet
worden dat de ideeën waarop het artificiële brein gebaseerd zijn ook
echt werken. En dat is makkelijker aan te tonen met een robot dan
met een massa gegevens die enkel door enkele specialisten naar waarde
geschat kunnen worden.
Toch kijkt men voor praktische toepassingen ook in de richting van
de robotica. Er zijn momenteel onderhandelingen aan de gang met Europese
belangengroepen om de artificiële brein-technologie te gebruiken om
duizenden robots in te zetten voor agriculturele toepassingen in bijna-woestijnen.
Daarnaast denk men ook al hardop na over huishoud-robots, speelgoed-
en huisdierrobots en zelfs gezelschap-robots, wat onder dit laatste
ook verstaan mag worden.
En ongetwijfeld ook aan robot-makende robots, waardoor deze machines
weer een stap dichter bij echt artificieel leven zouden komen. In
dat verband werd vandaag door de Amerikaanse Brandeis University bekend
gemaakt dat men er in geslaagd was de eerste robot te ontwikkelen
die, bijna volledig zelfstandig, andere robots kan ontwerpen én bouwen.
Wat de robot voortbrengt is niet naar eigen beeld en gelijkenis, maar
zijn veel eenvoudigere machines. De computer die de robot bestuurd
kreeg maar een beperkt aantal gegevens, met name een lijst van mogelijke
onderdelen, de wetten van zwaartekracht en wrijving, 200 willekeurig
samengestelde en niet-werkende ontwerpen van robots en de opdracht
produkten aan te maken die zich konden voortbewegen op een horizontaal
vlak.
De computer maakte daarna een aantal ontwerpen die hij met behulp
van simulaties uittestte. Nadat een ontwerp werd goedgekeurd werd
het doorgestuurd naar de robot die het ding in elkaar stak. De enige
menselijke tussenkomst gebeurde wanneer een motor en microchip in
de ‘kind-robot’ werd gestopt, en de door de computer opgestelde instructies
werden gedownload.
Elk van de ontwerpen werkte en door de initiële configuratie van de
aanwezige hulpstukken te wijzigen, veranderden ook de constructies
op een vrij radicale manier. Sommige robots duwen zichzelf voort,
terwijl anderen zich voortbewegen als een krab.
Sommige wetenschappers reageren verrukt op deze nieuwe stap, terwijl
anderen er vooral de gevaren van inzien, en hardop de vrees uiten
dat dit een eerste aanzet is tot de creatie van een machine-ras, dat
de mensheid ooit zal overheersen.
En
de toekomst?
België staat, met twee CBM’s op ons grondgebied, vooraan in het onderzoek
naar kunstmatige breinen. Bovendien is Starlab erin geslaagd een van
dé grote vissen in dit soort onderzoek, Hugo de Garis, te strikken.
De Garis was aanvankelijk een veelbelovend theoretisch fysicus, maar
zijn verregaande gedachten voerden hem al snel een andere kant op.
Als wetenschapper was hij verbonden aan een aantal prestigieuze onderzoekscentra,
en in Japan werkte hij aan het ATL, waar hij aan de basis stond van
de ontwikkeling van de eerste CDM. In Brussel is hij de verantwoordelijke
voor het artificieel brein-project.
Er kan niet over AI gepraat worden zonder dat daarbij de vraag naar
de toekomst wordt aangeraakt. Want als men er in slaagt een AI te
construeren die het menselijk brein evenaart, iets wat de Garis mogelijk
acht binnen enkele decennia, dan is de volgende stap, een AI krachtiger
dan eender welke menselijke intelligentie, snel gezet. Over die mogelijkheid
heeft de Garis zo zijn eigen, opmerkelijke, ideeën. Hij voorziet een
‘gigadeath’-oorlog in de maak tussen voorstanders en tegenstanders
van AI’s. Het publiek bewust maken van het dilemma en de mogelijke
gevolgen van de bouw van AI’s ziet hij zelfs als zijn tweede levenswerk,
naast het bouwen van kunstmatige breinen.
Het scenario zal volgens de Gari min of meer als volgt lopen. Hij
voorziet dat het in een niet zo ver verwijderde toekomst mogelijk
zal zijn om, op basis van zijn eigen werk, ‘artilecten’ te bouwen,
AI’s die een triljoen keer een triljoen keer een triljoen keer (en
dat is geen typefout) zo krachtig zijn als het menselijk brein. Deze
AI’s zullen zo groot zijn als een asteroïde en gebaseerd zijn op een
combinatie van neurale netwerken, nanotechnologie en quantum-computers.
Omdat het niet ondenkbaar is dat een dergelijk sterke intelligentie
besluit de inmiddels zo goed als compleet achterlijke mensheid te
koloniseren (remember The Matrix) of gewoonweg uit te roeien, zullen
er twee kampen ontstaan, die al gauw de wereldpolitiek zullen beheersen.
Een eerste kamp krijgt van de Gari de naam ‘terras’ mee, omdat zij
een ‘terrestrial’ gezichtspunt aanhangen, met andere woorden, dat
hun horizon niet verder reikt dan de aarde. Zij zullen gekant zijn
tegen de bouw van artilecten. Voorstanders voor de bouw van deze reusachtige
AI’s heten in het de Gari universum ‘cosmists’ omwille van hun kosmische
oriëntatie. Zij zullen de evolutie niet willen tegenhouden, en de
artilecten willen bouwen. Het dispuut tussen beide groepen zal onoplosbaar
zijn en de menselijke eigenaardigheid in zulke gevallen de wapens
te laten spreken zal volgens de Gari, de vooruitgang in de wapenindustrie
indachtig, leiden tot een oorlog met een gigantisch aantal slachtoffers.
Dat de Gari een toonaangevend wetenschapper in zijn eigen domein is
wil natuurlijk niet zeggen dat zijn kwaliteiten als waarzegger van
eenzelfde niveau zijn. Wat wel duidelijk is, is dat AI’s geen zaak
van de verre toekomst meer zijn. Want het onderzoek dat in dit artikel
werd beschreven is slechts een tak van het onderzoek naar AI. En zelfs
als deze ideeën in de praktijk niet haalbaar zijn, is het niet ondenkbaar
dat een andere tak van dit onderzoeksveld wel zal slagen om een bepaalde
vorm van kunstmatige intelligentie te ontwikkelen. Misschien niet
in de vorm die de Gari voor ogen heeft en misschien ook niet naar
menselijk model. Maar dat zelf-reproducerende machines, die in staat
zijn met een grote mate van autonomie te handelen, leergedrag vertonen
en gegevens uit de buitenwereld zelfstandig kunnen verwerken een doos
van Pandora zijn is wel duidelijk. (DdV)
Related links:
De ‘brainbuilding’
pagina’s op deze website
Meer informatie over
neurale netwerken
Een site omtrent het gevaar van artilecten, met enkele teksten van
de Gari: http://artilect.org/
©
David de Vaal
