Interaktion von Maschine und Umgebung

Peter Wegner hat in seinen Aufsätzen die Grenzen von Turing Maschinen dargelegt und schlägt als Ergänzung vor, die Interaktion zwischen Turing Maschine und Umgebung zu nutzen. Es geht darum, aus einem Closed system ein open System zu gestalten.

Doch betrachten wir die Thematik von Anfang an. In der Informatik wird zuerst eine Software geschrieben, diese wird auf einem Computer ausgeführt. Auch Robotikprogrammierung funktioniert nach diesem Prinzip. Das Erstellen einer Software für Robotikaufgaben gilt jedoch als anspruchsvoll, einige behaupten sogar es ist nicht durchführbar weil die Realität zu komplex ist um sie in Software abzubilden. Man kann das am praktischen Beispiel sehen wo in den 2000er Jahren die ersten selbstfahrenden Autos programmiert wurden, und die Software einen umfang von 200k Lines of code hatte und das Auto trotzdem nicht im Stande war wie ein Mensch zu fahren.

Bei klassischer Software legt der Fokus der Programmierer auf der Software, deren Programmiersprache, deren interne Datenstruktur und deren interne Algorithmen. Während die Kommunikation der Software mit der Umgebung nur eine geringe Priorität erhält. Das selbstgesteckte Ziel ist häufig einen autonomen Roboter zu programmieren und der soll definitionsgemäß nicht mit der Umwelt interagieren.

Durch diesen Bias hin zu closed systems steigt die Komplexität der Software massiv an. Im Grunde gilt es, die Umgebung in Software nachzubilden, also mittels realistischer physics engine, Trajektoriemodellen bis hin zu Model predictive control. Ein solches System zu entwickeln ist anspruchsvoll und sehr fehleranfällig. An diesem Punkt iind in der vergangenheit zahlreiche projekte gescheitert. Selbst überschaubare Aufgaben wie das navigieren in einem Micromouse Labyrinth ist über ein closed system was Algorithmen folgt sehr schwierig.

Die Antwort liegt nicht in besseren Programiersprachen, oder effienteren Algorithmen wie Rapidly exploring random tree zur Wegplanung sondern die Antwort liegt in den Augen von Stevan Harnad und Peter Wegner in der Kommunikation mit der Umwelt. Damit wird die Künstliche Intelligenz nicht mehr im Roboter implementiert sondern sie wird in der Umwelt verortet und der Roboter greift nur noch darauf zu.

Genauer gesagt besteht die künstliche Intelligenz um einen Roboter zu steuern in menschlichen Bediener der sich außerhalb des Roboters befindet und von dort Kommandos erteilt wie "langsam fahren, anhalten". Durch braucht die Künstliche Intelligenz nicht mehr in Software implementiert werden sondern der Roboter muss lediglich die Steuersignale aus der Umwelt auswerten.

Auf den ersten Blilck klingt dieser ansatz wie eine Sackgasse. Dort wo ein menschlicher Bediener  benötigt wird, agiert der Roboter nicht mehr autonom und folglich ist seine Effizienz gering. Dies ist aber nur bei Low level fernsteurung der Fall, wo also über einen Joystick die Steuerstgnale erzeugt werden. Bei einer high level Fernsteuerung über natürliche Sprache steigt die Effizienz. 

Eine high level Fernsteuerung über Textkommandos hat Ähnlichkeit mit einem Textadventure. Dort erzeugt das Computerprogram eine Umgegungsbeschreibung und der menschliche Spieler gibt ein Kommando ein wie "öffne Kiste". Derartige Textadventure lassen sich erstaunlich simpel mittels Algorithmen automatisch durchspielen weil ihr Zustndsraum klein ist. Es gibt nur eine geringe Anzahl von Befehlen, die zu einer überschaubaren Anzahl neuer Spielzustände führen. Fogllich kann man die Nutzereingaben und die Reaktion der Game engine gut als vollständigen Game tree traversieren, also so wie auch ein Schachcomputer funktioniert.

Doch zurück zur Interaktion einer Maschine mit der Umgebung. Anders als ein Algorithmus der intern von einer Maschine ausgeführt wird, erfolgt die Interaktion der Maschine mit ihrer Umwelt als Kommunikativer Prozess vergleich mit einem TCP/IP Request im Internet. Eine solche Kommunikation kann man über ein mehrschicht protokoll formalisieren. Speziell zur Interaktion von Robotern mit deren Umwelt eignet sich eine dialog Grammatik für diese Aufgabe. Eine Dialoggrammatik ist eine BNF Grammar welche mögliche Verben, Substantive und Adjektive enthält. Darin wird spezifiziert dass der Robotter folgende aktionen ausführen kann:
- move, stop, rotate, grasp, ungrasp

Und dass der Roboter folgende Orte kennt:
- roomA, roomB, Door, chargingstation

Eine solche BNF Grammar ist also eine symbolische Abstraktion der Wirklichkeit beschrieben in natürlicher Sprache. Über diese Abstraktion kommuniziert der Roboter mit der Umwelt. Der Roboter kann z.B. seinen Status mitteilen "my location is RoomA". und er kann Befehle ausführen wie "move to RoomB".