Как сделать искусственные мозги
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 04.10.2024
Развитие искусственного интеллекта в будущем может кардинально изменить наше представление о том, что представляет собой человеческое сознание, а нейрочипы могут сделать нас бессмертными — или убить наш мозг. Почему необходим философский подход к технологиями и трансгуманизму? И как выжить человеку, если/когда он перестанет быть самым умным существом на планете?
Во что верят технооптимисты
Технооптимизм в отношении машинного сознания (или просто технооптимизм) — это уверенность в том, что, если человечество создаст развитый универсальный ИИ, то оснащенные им машины будут обладать сознанием. Мало того, они, возможно, будут вести более сложную и богатую оттенками ментальную жизнь, чем люди. В настоящее время технооптимизм пользуется довольно большой популярностью, особенно среди трансгуманистов, части ИИ-специалистов и научных средств массовой информации. Но на мой взгляд технооптимизму, как и биологическому натурализму, недостает теоретической поддержки. Хотя может показаться, что он имеет в своей основе определенные представления о разуме из области когнитивистики, на самом деле это не так.
Технооптимизм действительно вдохновляется когнитивистикой — междисциплинарной областью знания, изучающей мозг. Чем больше данных о мозге получают специалисты по когнитивистике, тем больше кажется, что с практической точки зрения мозг лучше всего представлять как процессор для обработки информации, и что все мыслительные функции имеют вычислительный характер. Вычислительная теория разума стала в когнитивистике чем-то вроде исследовательской парадигмы. Это не означает, что мозг имеет архитектуру стандартного компьютера. Более того, конкретный вычислительный формат мозга служит темой бесконечных споров.
Сторонники вычислительной теории разума с их упором на формальное алгоритмическое описание ментальных функций склонны признавать возможность машинного сознания. Эту теорию можно сформулировать следующим образом:
- Вычислительная теория сознания: сознание можно объяснить с вычислительной позиции; более того, именно вычислительные характеристики системы определяют природу ее осознанных переживаний и то, имеет ли она их.
Представьте, как дельфин скользит в воде в поисках пищи. Если верить сторонникам вычислительной теории, то именно внутренние вычислительные состояния дельфина определяют характер его осознанных переживаний, таких как ощущение скольжения тела в воде и вкус добычи. Вычислительная теория сознания гласит, что если какая-то другая система S (с искусственным мозгом) обладает в точности такой же вычислительной конфигурацией и состояниями, включая сигналы, поступающие в ее сенсорный аппарат, то она должна обладать сознанием так же, как сам дельфин.
Чтобы это произошло, ИИ должен в сходных обстоятельствах демонстрировать те же модели поведения, что и дельфин. Более того, он должен иметь те же внутренне связанные психологические состояния, что и дельфин, включая чувственные переживания. Назовем систему, в точности отражающую, таким образом, организацию некоторой обладающей сознанием системы, точным изоморфом (или просто изоморфом). Если ИИ обладает всеми перечисленными качествами дельфина, то в соответствии с вычислительной теорией он должен обладать сознанием. В самом деле, у этого ИИ будут наблюдаться все те же состояния сознания, что и у оригинальной системы.
Все это хорошо и замечательно, однако не оправдывает технооптимизм в отношении искусственного сознания. Вычислительная теория сознания на удивление мало может сказать о том, будет ли ИИ, который мы, вероятнее всего, создадим, обладать сознанием — она утверждает лишь, что если нам удастся построить изоморф биологического мозга, то он будет обладать сознанием. Она ничего не говорит о системах, которые не являются изоморфами биологического мозга.
В сущности, вычислительная теория сознания сводится к принципиальному признанию возможности машинного сознания: если бы мы могли создать точный изоморф, он обладал бы сознанием. Но даже если такая технология в принципе реализуема, это не означает, что она действительно будет когда-нибудь реализована. Например, космический корабль, проходящий сквозь кротовую нору, может выглядеть концептуально возможным (хотя это в настоящее время является предметом споров), но, однако, нельзя исключать, что его реальное создание несовместимо с законами физики. Например, не существует способа получения достаточного количества той экзотической разновидности энергии, что требуется для стабилизации кротовой норы. Или законы природы это допускают, но земляне никогда не достигнут необходимого уровня технического развития.
Хотя дискуссии на тему более широкой, концептуальной возможности искусственного сознания весьма ценны, я всегда подчеркиваю, что с практической точки зрения очень важно определить, сможет ли ИИ, который мы со временем создадим, обрести сознание. Так что у меня особый интерес к технической возможности машинного сознания и к тому, будут ли предприняты попытки его создать. Чтобы разобраться в этих категориях возможности, рассмотрим популярную разновидность мысленного эксперимента, в котором речь идет о создании изоморфа. Вы, читатель, будете субъектом этого эксперимента. Предлагаемая процедура оставляет все ваши мыслительные функции нетронутыми, но все же представляет собой усовершенствование, поскольку переносит эти функции на иной, более долговечный субстрат. Начнем.
Омоложение мозга
Что это все значит?
Цель философских мысленных экспериментов — подстегнуть воображение; вы вольны соглашаться или не соглашаться с развязкой сюжета. В данном случае говорится, что операция прошла успешно. Но как бы вы себя чувствовали после такой операции на самом деле — точно так же, как прежде, или в чем-то иначе? Вашей первой реакцией, возможно, будет вопрос, действительно ли то, что получилось, — это настоящий вы, а не какой-нибудь дубль.
Оба этих сценария и Чалмерсу, и мне представляются маловероятными. Если искусственные нейроны действительно представляют собой точные функциональные копии, как предполагает наш мысленный эксперимент, то трудно понять, почему они должны вызвать плавное угасание или резкие сдвиги в качестве вашего сознания. Такие дуплицированные искусственные нейроны по определению обладают всеми причинно-следственными свойствами, принципиально важными для вашей ментальной жизни.
Итак, кажется правдоподобным, что такая процедура, будь она проведена, привела бы к появлению ИИ, обладающего сознанием. Этот мысленный эксперимент может служить аргументом в пользу того, что синтетическое сознание возможно, по крайней мере концептуально. Но концептуальная возможность, следующая из подобного мысленного эксперимента, не гарантирует, что в случае создания продвинутого ИИ тот будет обладать сознанием.
Важно задаться вопросом, возможна ли в принципе ситуация, описанная в мысленном эксперименте? Не противоречит ли создание изоморфа законам природы? И если не противоречит, то достигнет ли когда-нибудь человечество технического уровня, достаточного для его создания? Да и захочет ли этим заниматься?
Говоря о том, возможны ли события, описанные мысленным экспериментом, отметим, что мы в настоящее время не знаем, способны ли другие материалы воспроизвести ощущаемое качество ментальной жизни. Возможно, мы узнаем это довольно скоро, когда врачи начнут использовать медицинские импланты на основе ИИ в тех частях мозга, которые отвечают за осознанные переживания.
Одна из причин, по которым это может оказаться неосуществимым, состоит в том, что осознанные переживания, возможно, зависят от квантово-механических свойств мозга. Если это так, то наука никогда не получит той информации о мозге, которая необходима для создания истинной квантовой копии вашей личности, — ведь квантовые ограничения, касающиеся измерения частиц, не позволят нам узнать точные свойства мозга, требующиеся для создания настоящего изоморфа.
Но давайте для целей нашего разговора считать, что создание изоморфов возможно. Будут ли люди их создавать? Я сомневаюсь в этом: превращение человека в обладающий сознанием ИИ путем последовательного совершенствования потребовало бы намного большего, чем изготовления нескольких нейронных протезов. Разработка изоморфа требует научных прорывов такого масштаба, который позволил бы заменить все части мозга искусственными компонентами.
Даже если бы люди ограничились копированием способностей вместо того, чтобы совершенствовать их, то как бы нейробиологи подошли к этой задаче? В первую очередь исследователям потребовалось бы полное описание работы мозга. Как мы уже видели, программисты должны распознать все абстрактные, причинно-следственные черты, которые влияют на обработку информации системой, не полагаясь при этом на низкоуровневые свойства, не имеющие значения для вычислений. Отметим, что определить, какие свойства важны, а какие нет, не так просто. Как насчет гормонов мозга? Глиальных клеток? Даже если бы информация такого рода была под рукой, несложно представить, что работа программы, эмулирующей мозг со всей точностью и полнотой, потребовала бы гигантских вычислительных ресурсов, которые вряд ли появятся в ближайшие десятилетия.
Может быть, коммерческий императив создания изоморфов даст толчок построению более сложных умных машин? Сомневаюсь. Нет оснований считать, что самым эффективным и экономически разумным способом получения машины для выполнения определенного класса задач является обратное проектирование и точное копирование мозга. Взгляните, например, на компьютеры, выигрывающие у чемпионов мира по го, шахматам и игре Jeopardy! Они превосходят человека за счет методов, совершенно непохожих на те, что используют в соответствующей игре люди.
Вспомните, с чего мы начали разговор об изоморфах. По идее, они должны были сказать нам, могут ли машины обладать сознанием. Но когда дело доходит до определения, будут ли машины, которые мы реально сможем сконструировать в ближайшем будущем, обладать сознанием, изоморфы становятся скорее отвлекающим фактором. ИИ достигнет продвинутого уровня задолго до того, как изоморфы хотя бы приблизятся к реализации. На этот вопрос необходимо ответить раньше, особенно с учетом тех соображений этики и безопасности в отношении ИИ, о которых я говорю.
Таким образом вера технооптимистов в перспективы искусственного сознания опирается, в сущности, на ошибочную цепочку рассуждений. На их взгляд, машины смогут обрести сознание, поскольку нам известно, что мозг обладает сознанием, и мы могли бы построить его изоморф. Но никто не знает на самом деле, действительно ли мы сможем когда-либо это сделать — да и захотим ли. Ответ на этот вопрос нужно искать эмпирически, и перспектива того, что мы действительно будем это делать, сомнительна.
Оглавление
- Введение
- Благодарности
- Глава 1. Начало
- Глава 2. Искусственная жизнь и искусственный интеллект
- Глава 3. Системы питания
- Глава 4. Системы движения и привода
- Глава 5. Сенсорика
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Создаем робота-андроида своими руками предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Искусственная жизнь и искусственный интеллект
Развитие роботехники подходит к важнейшему этапу: возможности создания искусственной жизни и искусственного интеллекта.
Еще совсем недавно было предсказано, что использование мощных параллельных процессоров в комбинации с нейронными сетями при использовании принципа нечеткой логики позволит смоделировать человеческий мозг в течение десяти ближайших лет. Прогноз оказался слишком оптимистичным, тем не менее определенных успехов в этом направлении удалось достичь. На рынке появилось уже второе поколение чипов, построенных по принципу нейронных сетей. Совсем недавно две компании (Intel Corp., Santa Clara, CA и Nestor Inc., Providence, RI) объединенными усилиями создали нейрочип Ni1000. Модель Ni1000, выпущенная в 1993 году, содержит 1024 искусственных нейрона. Эта интегральная схема содержит три миллиона транзисторов и способна производить 20 миллиардов двоичных операций в секунду.
Рис. 2.1. График, показывающий возможности суперкомпьютера
Является ли сознание жизнью?
Нанороботы — мы живые существа?
Наноробот представляет собой робота, имеющего размеры микроба. Фирме IBM удалось достичь определенных успехов в создании электронных и механических устройств (транзисторы и проводники), имеющих молекулярные или даже атомарные размеры. Подобные достижения вселяют уверенность в возможности создания предметов сколь угодно малых размеров, поэтому роботы размером с бактерию теоретически возможны.
Некоторые ученые предсказывают, что следующим эволюционным шагом будет возникновение жизни на основе кремния, которая заменит на планете углеродные формы жизни. То, что мы сейчас называем электронными устройствами и роботами, станут формами саморазвивающейся и саморазмножающейся силиконовой жизни.
Прогресс компьютерных технологий за последние пять с половиной десятилетий можно назвать ошеломляющим. Созданный в 1946 году компьютер ENIAC представлял собой целую гору электронного оборудования. При размерах 30 м в длину, 2,4 м в высоту и 0,9 м в ширину его вес доходил до 30 т. ENIAC содержал 18 тыс. электронных ламп, 70 тыс. резисторов, 10 тыс. конденсаторов, 6 тыс. переключателей и 1,5 тыс. электромагнитных реле. Производительность машины составляла 5 тыс. сложений, 357 умножений или 38 делений в секунду. Сегодня подобный компьютер образца 1946 года можно уместить на крошечной кремниевой пластинке площадью менее 5 кв. мм.
Совершеннее, чем мы
Хотим ли мы как представители разумной расы создать интеллект, превосходящий наш собственный? Если думать над этой проблемой, то в долговременной перспективе он может потребоваться нам хотя бы для целей выживания. Подумайте о перспективах той страны, которая первой создаст ИИ с IQ порядка 300. Подобной машине ИИ можно поручать проблемы оздоровления национальной экономики, очистки окружающей среды, прекращения загрязнений, развития военных стратегий на случай конфликтов, осуществления медицинских и научных исследований и, конечно, создания более совершенных устройств ИИ. Возможно, что следующая теория развития Вселенной будет предложена не человеком (как в свое время это сделал Альберт Эйнштейн), а машинным ИИ.
Почему так важно создать суперинтеллект? Найдет ли человечество, в конце концов, решение этой волнующей проблемы? Возможно. Необходимость создания мощного ИИ можно проиллюстрировать одной историей, которую я услышал или прочитал. Боюсь только, что я не вспомню фамилии автора, за что приношу ему свои извинения. Если я немного исказил историю своим пересказом, то прошу прощения и за это.
В клетке находятся десять шимпанзе. Дверь клетки заперта. Чтобы догадаться, как отпереть замок и открыть дверцу клетки, требуется коэффициент интеллекта IQ порядка 90. Каждый шимпанзе, сидящий в клетке, был подвергнут тестированию и показал IQ порядка 60. Могут ли десять шимпанзе, объединив усилия, найти способ открыть дверцу клетки? Ответ однозначен — НЕТ. Интеллект не накапливается. Если бы 10 шимпанзе, действуя совместно, обладали бы суммарным интеллектом IQ равным 600, то этого было бы более чем достаточно, чтобы отпереть дверцу. Реально шимпанзе не могут этого сделать.
Нейронные сети — ожидания против реальности
Если развитие будет идти теми же темпами, что и в последние 50 лет, то, как я надеюсь, через полвека появятся системы ИИ, сравнимые с возможностями человеческого мозга.
Что такое нейронные сети?
Что такое искусственный интеллект?
Таким образом, если мы хотим, то можем отбросить критерий Тьюринга и взять что-то еще. Возможно, лучшим указанием на существование интеллекта будет наличие сознания или самосознания. Машина, осознающая себя, будет точно знать, что она разумна. Другим возможным критерием, более прямым и простым, может служить способность обучения на основе опыта. Этот критерий использован в данной книге.
Конечно, мы можем отбросить все логические основания и утверждать, что интеллект свойственен системам, имеющим развитое чувство юмора. Насколько мне известно, человекообразные являются единственными существами, способными смеяться. Возможно, наличие чувства юмора и эмоций будет лучшим критерием и поставит точку в его поисках.
Использование нейронных сетей в роботах
Нейронная поведенчески-ориентированная архитектура
Принцип построения поведенчески-ориентированной архитектуры устройства, разработанный Вальтером Греем, показывает, что относительно простые стимульно-реактивные нейронные системы, вмонтированные в робота, демонстрируют высокоорганизованную, сложную систему поведения. Устройства предикативной архитектуры, как частного случая поведенчески-ориентированной архитектуры, разрабатывались доктором Родни Бруксом (MIT) и будут также более подробно рассмотрены в главах 6 и 8.
В Южном федеральном университете разработали платформу, способную улучшить качество образования с помощью искусственного интеллекта, а во многих университетах искусственный интеллект стал предметом активного изучения.
Перспектива создания программного обеспечения, способного в режиме реального времени сопоставлять множество переменных, отражающих нагрузку, желания и психологические особенности студентов и сотрудников университета, сделает возможным построение индивидуальных образовательных траекторий без необходимости увеличения штата сотрудников. Без использования новейших технологий подобная работа потребовала бы наличия огромного количества сотрудников и колоссальных затрат. Уже сейчас можно с уверенностью сказать, что технологии, ранее применяемые исключительно в корпоративной сфере и закрытых исследованиях, можно задействовать в полезных для общества и человека направлениях.
Постижением загадок мозга будут заниматься ученые в лаборатории нейроимиджинга. С помощью новейших технологий исследования будут вестись в области выяснения тонкой организации мозга человека и животных. При помощи методов нейровизуализации ученые приблизятся к пониманию механизмов работы головного мозга и природы сознания.
Молодой ученый, кандидат технических наук и руководитель лаборатории нейроимиджинга Дмитрий Шапошников уверен, что решение фундаментальных проблем в области нейровизуализации позволит существенно продвинуться в создании природоподобных систем искусственного интеллекта и технического зрения. На сегодняшний день в мире уже созданы симуляции мозга дрозофил и других созданий микромира, активно исследуются и картируются структуры мозга небольших млекопитающих, прекрасно знакомых многим ученым — лабораторных мышей. Совершенствование когнитивных функций человека, расширение сферы его сознания за счет освоения принципиально новых каналов коммуникации, преодоление эволюционно сложившихся ограничений на скорость и объем воспринимаемой и анализируемой информации, прямая интеграция нейронных сетей мозга с информационными сетями и системами, техническими устройствами на основе технологий нейроинтерфейсов — вот лишь некоторые из тех направлений исследования и разработки, которые будут активно вестись в рамках новой лаборатории.
Программное и аппаратное обеспечение с когнитивными способностями, аналогичными когнитивным способностям мозга животных или человека.
Искусственный мозг (или искусственный разум ) это программное обеспечение и аппаратные средства с когнитивными способностями , аналогичными животного или человеческого мозга . [1]
- Постоянная попытка нейробиологов понять, как работает человеческий мозг, известная как когнитивная нейробиология .
- Мысленный эксперимент в философии искусственного интеллекта , демонстрирующий, что возможно, по крайней мере теоретически, создать машину, обладающую всеми возможностями человека.
- Долгосрочный проект по созданию машин, демонстрирующих поведение, сравнимое с поведением животных со сложной центральной нервной системой, таких как млекопитающие и особенно люди . Конечная цель создания машины, демонстрирующей человеческое поведение или интеллект, иногда называется сильным ИИ .
СОДЕРЖАНИЕ
Оценки того, сколько вычислительной мощности требуется для имитации человеческого мозга на различных уровнях (от Рэя Курцвейла , Андерса Сандберга и Ника Бострома ), а также самого быстрого суперкомпьютера из TOP500, отображаемого по годам.
Хотя прямая эмуляция человеческого мозга с использованием искусственных нейронных сетей на высокопроизводительном вычислительном движке является широко обсуждаемым подходом [4], существуют и другие подходы. Альтернативная реализация искусственного мозга может быть основана на принципах нелинейной фазовой когерентности / декогеренции голографической нейронной технологии (HNeT) . Аналогия была проведена с квантовыми процессами через основной синаптический алгоритм, который имеет большое сходство с квантово-механическим волновым уравнением.
EvBrain [5] - это форма эволюционного программного обеспечения, которое может развивать нейронные сети, похожие на мозг, такие как сеть непосредственно за сетчаткой .
Некоторые сторонники сильного ИИ в 2009 году предположили, что компьютеры, связанные с Blue Brain и Soul Catcher, могут превзойти интеллектуальные возможности человека примерно к 2015 году и что вполне вероятно, что мы сможем загрузить человеческий мозг примерно в 2050 году [7]. ]
В то время как Blue Brain может представлять сложные нейронные связи в большом масштабе, проект не обеспечивает связи между активностью мозга и поведением, выполняемым мозгом. В 2012 году проект Spaun (Унифицированная сеть с семантической архитектурой указателя) попытался смоделировать несколько частей человеческого мозга с помощью крупномасштабных представлений нейронных связей, которые в дополнение к отображению генерируют сложное поведение. [8]
Дизайн Спауна воссоздает элементы анатомии человеческого мозга. Модель, состоящая примерно из 2,5 миллионов нейронов, включает в себя характеристики зрительной и моторной коры, ГАМКергические и дофаминергические связи, вентральную тегментальную область (ВТА), черную субстанцию и другие. Конструкция позволяет выполнять несколько функций в ответ на восемь задач, используя визуальный ввод печатных или рукописных символов и вывод, выполняемый механической рукой. Функции Spaun включают копирование рисунка, распознавание изображений и подсчет. [8]
Есть веские основания полагать, что независимо от стратегии реализации, прогнозы реализации искусственного мозга в ближайшем будущем оптимистичны. [ необходима цитата ] В частности, мозг (включая человеческий мозг ) и познание в настоящее время недостаточно изучены, и масштаб требуемых вычислений неизвестен. Еще одно краткосрочное ограничение заключается в том, что все современные подходы к моделированию мозга требуют на порядок большего энергопотребления по сравнению с человеческим мозгом. Человеческий мозг потребляет около 20 Вт энергии, тогда как современные суперкомпьютеры могут потреблять до 1 МВт, то есть на порядок больше. [ необходима цитата ]
Некоторые критики моделирования мозга [9] считают, что проще создавать общие разумные действия напрямую, не имитируя природу. Некоторые комментаторы [10] использовали аналогию, согласно которой ранние попытки построить летательные аппараты моделировали их по образцу птиц, но современные летательные аппараты не похожи на птиц.
Читайте также: