Deel dit artikel

robots spreken allang tot de verbeelding. robotica als wetenschappelijke discipline is ‘in’. het aantal onderzoeksgroepen dat zich wereldwijd met deze discipline bezighoudt, is indrukwekkend en stijgt voortdurend. maar hebben die massale inspanningen ook intelligente creaturen voortgebracht die de vergelijking met de mens kunnen doorstaan? Wat de populaire pers ook suggereert, de realiteit is ontnuchterend.

Worden robots ooit intelligent?

Hendrik van Brussel

Robots zijn machines die, al dan niet fysisch, interageren met objecten of mensen. De ontwikkeling van robots speelt in op een aantal recente maatschappelijke en industriële paradigmaverschuivingen: de mens wil geen zware lichamelijke arbeid meer verrichten, de productie evolueert naar massamaatwerk, de machine dringt ons dagelijkse leven binnen en de ‘agequake’ dwingt ons de gezondheidszorg te herdenken. Om op die tendensen in te haken moeten robots evolueren van voorgeprogrammeerde automaten naar intelligente machines met de typische kenmerken van intelligente wezens, zoals autonomie, aanpasbaarheid of leervermogen. Naargelang van hun toepassingsgebied kunnen robots worden ingedeeld in industriële robots, zoals puntlasrobots in de automobielindustrie, en servicerobots, zoals museumgidsrobots, stofzuigrobots, waarin medische robots, zoals robots voor minimaal-invasieve chirurgie, een steeds belangrijkere subcategorie vormen. In wat volgt zullen we het voornamelijk hebben over servicerobots, omdat de nood aan robotintelligentie hier het grootst is.

De mens heeft altijd al geprobeerd om de levenloze materie te animeren. De magische bezem, die in het verhaal van Lucianus van Samosata door de leerling-tovenaar werd misbruikt, is een bekend voorbeeld van sciencefiction uit de klassieke oudheid. Hero van Alexandrië bouwde bewegende tuinornamenten die met stoom of perslucht werden aangedreven. In het Bagdad van de twaalfde eeuw creëerde de beroemde ingenieur Al-Jazari ingenieuze (water)uurwerken en andere automata. Rond 1500 demonstreerde Leonardo da Vinci een wandelende robotleeuw aan het hof van koning François I in Frankrijk. In Neuchâtel kan men de achttiende-eeuwse automata van Pierre Jaquet-Droz bewonderen (onder meer ‘De Schrijfster’) en in Grenoble de eend van Jacques de Vaucanson, die met de vleugels klappert en graan verteert. Sciencefictionverhalen zoals Mary Shelleys Frankenstein, Karel Čapeks R.U.R, of de Golem van rabbijn Löw zijn allemaal illustraties van het streven van de mens om artificiële levende wezens te maken.

In tegenstelling tot de vele sciencefictionverzinsels zijn robots zelden of nooit antropomorf

In tegenstelling tot de sf-verzinsels zijn robots zelden of nooit antropomorf (androïde, humanoïde). Het zijn meestal stationaire, armachtige machines die uitgerust zijn met een hand of een grijper om objecten te manipuleren. Ze worden geprogrammeerd zoals een computer, in de één of andere speciaal ontwikkelde robotprogrammeertaal. Daarnaast kunnen robots ook mobiel zijn en zich verplaatsen op wielen (rolstoelen, de Marsrover), rupsbanden (brandweerrobots) of benen (stappende robots op twee, vier of zes benen). Sommige kunnen vliegen, zoals onbemande vliegtuigen of ‘drones’, of zwemmen, zoals onderwaterrobots of autonome endoscopen die in het darmkanaal ‘zwemmen’. In toenemende mate worden hierbij ook sensoren gebruikt om de interactie van de robot met zijn omgeving te verbeteren. Recent is er hernieuwde interesse voor androïde robots, met als voorlopig culminatiepunt het bizarre voorbeeld van professor Hiroshi Ishiguro van de Universiteit van Osaka, die een kopie (avatar) van zichzelf en van zijn dochter heeft gemaakt. Met de laatste vlucht van het ruimteveer naar het ISS heeft de NASA nog een tweearmige robot meegestuurd om de astronauten bij te staan bij onderhoudsopdrachten in de ruimte.

Servicerobots evolueren geleidelijk – maar trager dan verwacht – naar machines die een toenemend aantal kenmerken van intelligentie vertonen, zoals autonoom of autonomisch gedrag, leervermogen, gedragsgerichte besturing, natuurlijke interactie tussen mens en robot, groepsgedrag, gedeelde autonomie en zelfbesef. Autonoom gedrag is de vaardigheid om te functioneren in onzekere omgevingen en bij onverwachte gebeurtenissen. Een mooi voorbeeld van een autonome robot is een vorkheftruck die in een fabrieksomgeving tussen vooraf gedefinieerde start- en doelposities navigeert. Hierbij maakt hij alleen gebruik van natuurlijke bakens, zoals muren, die gedetecteerd worden door een laserscanner aan boord van het voertuig en een kaart van de fabrieksvloer die opgeslagen is in de besturingscomputer. Hindernissen die de robot op zijn weg ontmoet, worden gedetecteerd door de laserscanner en automatisch omzeild. Autonomisch gedrag kan het best worden vergeleken met homeostase bij de mens, de eigenschap waarbij het organisme bij storingen stabiel blijft functioneren door aanpassing van de relevante fysiologische processen. Het concept werd ingevoerd door IBM: om te besparen op software-ingenieurs introduceerden ze zelfonderhoud in computersoftware. Dit kan ook worden toegepast op robots. Autonomische robots blijven optimaal werken onder alle omstandigheden. Ze vertonen zogenaamde zelf-X-eigenschappen: zelfdiagnose, zelfherstel, zelfoptimalisatie en ‘elegante degradatie’. Een autonomische robot zal bijvoorbeeld zijn arm zodanig bewegen dat het energieverbruik minimaal is. Autonomisch gedrag heeft dus niets te maken met de uit te voeren taak, maar alles met het in optimale conditie houden van de robot tijdens de uitvoering van de taak.

Leren is tot schade en schande wijzer worden. Een lerende robot verbetert zijn gedrag vanuit de ervaring die hij opdoet tijdens een trainingssessie. Zo kan een rolstoelbestuurder met een gereduceerde vaardigheid om rechts af te slaan een rolstoel leren besturen door in een leerfase de rolstoel doorheen een complex testtraject met obstakels te loodsen met een joystick. De joysticksignalen, de rolstoelposities en de posities waar de rolstoel botst, worden voortdurend geregistreerd en als trainingdata aan een artificieel neuraal netwerk (ANN) aangelegd. Na de trainingfase bevat dit ANN de nodige informatie over de navigatievaardigheid en de handicap van de bestuurder. Tijdens het navigeren nadien assisteert het ANN de bestuurder wanneer nodig om het beoogde traject uit te voeren. Dit gedrag wordt ‘gedeelde autonomie’ genoemd, omdat de besturingsfunctie gedeeld wordt tussen de bestuurder en de besturingscomputer. De bestuurder heeft een maximum aan autonomie en krijgt de indruk dat hij de volledige controle behoudt.

Bij gedragsgerichte besturing van robots wordt, net als bij de mens, een taak beschreven als een aaneenschakeling in de tijd van elementaire gedragingen, zoals: rijd vooruit, vermijd een obstakel, beweeg de robothand zodat hij met een bepaalde kracht contact houdt met een oppervlak (bijvoorbeeld bij het ruiten wassen). De taak ‘deur openen’ bestaat dan uit volgende sequentie van elementaire gedragingen: de deurklink vastgrijpen, de klink draaien, de deur openduwen of -trekken.

Natuurlijke mens/robotinteractie is essentieel om het gebruik van robots in mensgerichte omgevingen aanvaardbaar te maken. Die interactie kan al dan niet fysisch zijn. Niet-fysische interactie kan door programmeren, zoals bij computers (maar dit is niet erg natuurlijk), of door één- of tweewegspraakcommunicatie, zoals bij een robotbutler of een museumgids. Brein/computerinterfaces (BCI’s) worden stilaan bruikbaar voor het besturen van robots, bijvoorbeeld voor rolstoelbesturing door een persoon met een ernstige handicap die geen enkele beweging meer kan uitvoeren (zoals bij het locked-insyndroom). Breinactiviteit die opgewekt wordt door bepaalde denkpatronen, wordt opgevangen door elektroden die uitwendig op het hoofd zijn aangebracht, en omgezet in stuursignalen naar de rolstoel. Meestal worden er drie denkprocessen opgesteld die via een intensieve trainingsfase geassocieerd worden met drie onderscheiden stuursignalen: rechtdoor rijden, links afslaan, rechts afslaan. Een denkproces dat bijvoorbeeld overeenkomt met links afslaan is het oproepen van een sequentie van woorden die met de letter ‘a’ beginnen. Stoorinvloeden, zoals verstrooidheid, kunnen tijdelijk leiden tot verkeerde stuursignalen. Daarom wordt meestal een parallel werkend algoritme ingezet dat obstakels vermijdt, om de navigatiebetrouwbaarheid te verhogen. Fysische mens/robotinteractie is nodig bij ‘programmering doordemonstratie’, waarbij de robot bij de hand genomen wordt en de uit te voeren taak manueel wordt voorgedaan. Ook als de robot als hefhulpje wordt gebruikt, zoals bij de ‘ijzeren verpleegster’ voor het manipuleren van bedlegerige patiënten, heeft de bediener fysisch contact met de robot. Dat geldt ook voor rehabilitatierobots, waar de robot op een ‘zachte’ manier bewegingen oplegt aan een ledemaat van de patiënt door toepassing van impedantiecontrole. Toepassingen met fysische mens/robotinteractie stellen zeer hoge veiligheidseisen aan de robot.

‘Gedeelde controle’ is een zeer belangrijke communicatiemode, zeker voor de besturing van rolstoelen door personen met een handicap. Uit de opgemeten joysticksignalen worden de intentie en het gedragspatroon van de bestuurder geschat en wordt vervolgens een traject gepland. Op basis van de reactie die de bestuurder met zijn joystick geeft en rekening houdend met het geschatte gedragspatroon van de bestuurder, wordt dit trajectplan voortdurend aangepast zodat uiteindelijk diens intentie correct gerealiseerd wordt. Gedeelde besturing maximaliseert de autonomie van de bestuurder.

Het valt te betwijfelen of wij ooit in staat zullen zijn om emotionele of aaibare robots te creëren

Om de aanwezigheid van robots in de buurt van mensen aanvaardbaar te maken zijn vooral natuurlijk mens/robotinterfaces cruciaal. Mensen zullen een robot beter accepteren als ze met die robot kunnen praten in een natuurlijke taal, en nog meer als de robot als een mens zou reageren. Robots met echte emoties zijn echter nog veraf, en het valt te betwijfelen of wij ooit in staat zullen zijn om emotionele of aaibare robots te creëren. De gesprekken van Ishiguro met zijn avatar zijn pseudo-emotioneel. De hype rond gezelschapsrobots, zoals Sony’s robothond AIBO, is heel snel geluwd, precies door de moeilijkheid om ze echte emoties te laten uiten. Van Honda’s humanoïde robot ASIMO, een huzarenstukje van ingenieurstechniek, wordt beweerd dat hij in 2012 de exclusief menselijke eigenschap zelfbesef zal vertonen.

Een mooi voorbeeld van een robot met een gebruiksvriendelijke natuurlijke interface is VESALIUS, een robot voor laserlaparoscopie uitgerust met een ‘schrijfinterface’. Bij een laparoscopie worden de buikorganen onderzocht door het inbrengen via een buis van optische apparatuur. De robot heeft vier bewegingsvrijheidsgraden die zodanig ontworpen zijn dat de laparoscoopbuis roteert rond het punt waar de laparoscoop het lichaam van de patiënt binnendringt. Hierdoor wordt de huid van de buikwand niet zijdelings belast tijdens de beweging van de robot. De laparoscoopbuis bevat een laserstraal en een camera, parallel aan elkaar opgesteld. De laserstraal wordt door de robot bewogen volgens een door de chirurg bepaald traject waar orgaanweefsel moet worden weggebrand. In manuele laserlaparoscopie beweegt de chirurg de laserstraal manueel over het te volgen traject, dat hij bepaalt op basis van het beeld dat hij op een monitor ziet. In gerobotiseerde laparoscopie wordt normaal een joystick gebruikt om de robot aan te sturen. Omdat dit geen natuurlijke besturingswijze is, werd in VESALIUS de joystick vervangen door een pen waarmee de chirurg het traject dat door de laser moet worden gevolgd, tekent op een digitaliseertablet of rechtstreeks op het aanraakscherm waarop het beeld van de endoscoop is weergegeven. Chirurgen hebben de voordelen van deze interface bevestigd: de leertijd wordt drastisch ingekort, handtrillingen door vermoeidheid van de chirurg worden uitgeschakeld en de nauwkeurigheid van het wegbranden is sterk verhoogd.

Voor sommige complexe taken moet een groep of een zwerm robots samenwerken. Een industrieel voorbeeld is een montagesysteem dat bestaat uit meerdere robots, die gegroepeerd zijn rond een gemeenschappelijk transportsysteem en samenwerken om een complex product (bijvoorbeeld een mobiele telefoon) te assembleren. Elke robot voert een deel van de taak uit, sommige kunnen meerdere deeltaken uitvoeren, maar ze werken alle samen om het einddoel te bereiken: het assembleren van een aantal mobiele telefoons van voldoende kwaliteit, binnen de gestelde levertermijn. Visionairen zien een toekomst waar zwermen van duizenden robots samen vuilnisbelten opruimen, of waar duizenden robots gelanceerd worden naar verre planeten voor exploratie- en exploitatietaken, of waar wolken van ‘intelligent stof’ (nanocamera’s) worden uitgezonden voor spionage- of bewakingsopdrachten.

In recent onderzoek zijn krachtige methodes ontwikkeld voor de besturing van multirobotsystemen, gebaseerd op twee concepten: holons en stigmergie. Een holonisch systeem bestaat uit een groep of een zwerm van autonome agenten (holons), die samenwerken om een globaal doel te bereiken. Een holonisch systeem situeert zich tussen een strikt hiërarchisch systeem (met alleen vaste regels en geen flexibele strategieën) en een heterarchisch systeem (zonder vaste regels en met enkel flexibele strategieën). Een hiërarchisch systeem is zeer voorspelbaar in normale omstandigheden, maar is niet flexibel. Als er ergens in het systeem iets verkeerd gaat, valt het hele systeem uit. Een heterarchisch systeem is extreem flexibel, maar er kunnen geen voorspellingen worden gemaakt over de zijn performantie. Een holonisch systeem kan starten als een hiërarchisch systeem, maar als iets misgaat, bijvoorbeeld als een robot defect raakt, zullen de holons op lokale basis met elkaar interageren om een oplossing te vinden. Die oplossing is suboptimaal, maar het systeem blijft functioneren: het degradeert op elegante wijze. De globale oplossing wordt bekomen uit lokale interactie tussen holons, net zoals ook in de natuur globaal waarneembare patronen (zoals een V-vormige vlucht ganzen) het resultaat zijn van de toepassing van lokale regels (houd afstand tot je onmiddellijke buur). Holonische systemen vertonen emergent en dus onvoorspelbaar gedrag. Dit is meteen ook één van de voornaamste punten van kritiek op het systeem.

Interholoncommunicatie kan verschillende vormen aannemen. Eén daarvan is gesteund op stigmergie, het mechanisme waarmee mierenkolonies voedsel verzamelen. Mieren communiceren niet direct met elkaar, maar deponeren informatie in de omgeving in de vorm van feromonen. Die wordt dan door mieren in de buurt waargenomen, waardoor zij het traject naar de voedselbron volgen. Als de voedselbron uitgeput is, deponeren de mieren een ander type feromonen, dat voor de andere mieren een signaal is om die voedselbron niet meer te bezoeken. De twee concepten, holonisch systeem en stigmergie, vormen een universele gedistribueerde architectuur voor de efficiënte besturing van complexe systemen die bestaan uit een groep of een zwerm van actieve artefacten, zoals robots. Het principe is al toegepast op diverse systemen uit verschillende disciplines, gaande van de besturing van een reusachtige schilderstraat voor auto’s, over de besturing van een vloot maaidorsers en hun ontlaadtrucks, en het hierboven vermelde assemblagesysteem voor multirobots, tot een flexibel fabricagesysteem voor onderdelen van weefgetouwen. Momenteel wordt hard gewerkt aan de flexibele besturing van verkeersstromen en treinnetwerken op basis van de holonische aanpak.

Robots zijn complexe hightech artefacten met een toenemend niveau van pseudo-intelligentie

Robots zijn complexe hightech artefacten met een toenemend niveau van pseudo-intelligentie. Het gaat om pseudo-intelligentie, want nog geen enkele robot heeft de door Alan Turing in 1950 ontwikkelde Turingtest doorstaan.. Hierbij worden een entiteit, in ons geval een robot, en een mens in verschillende kamers opgesloten. Een menselijke ondervrager stelt aan beiden vragen tijdens een chatsessie. Als de ondervrager niet consistent kan zeggen wie mens en wie machine is, mag aan de machine menselijke intelligentie worden toegedicht. Dat is echter nog nooit gelukt. Turing beweerde dat het niet onmogelijk is om een echt intelligente machine te bouwen, maar gaf geen verdere specificaties over hoe men hierbij te werk moet gaan. Waar bevindt zich de geest of de ziel van de mens? Als die zich alleen in het brein situeert, is het misschien ooit mogelijk om een robot uit te rusten met gevoelens (genegenheid, liefde), zelfbesef of emoties. Het inzicht in die problematiek is echter nog zeer primitief en vergt een verregaande interdisciplinaire samenwerking van filosofen, psychologen, neurologen, en ingenieurs. We mogen ook een aantal religieuze aspecten niet vergeten. Heeft God het brein geschapen of heeft het brein God geschapen?

Intussen voorspelt de bekende futurist Raymond Kurzweil dat in 2020 een robotbesturing het verwerkingsvermogen van het menselijke brein zal hebben en dat tegen 2030 robots zelfbesef zullen vertonen. Hij voorziet voorts dat de toenemende complexiteit van robots en het inzetten van massale hoeveelheden nanorobots, zoals beschreven in Prey van Michael Crichton, aanleiding zullen geven tot dramatisch onvoorspelbaar emergent gedrag. Rodney Brooks, de robotgoeroe van MIT, vergelijkt de robot van vandaag met de pc van 1978. Maar zelfs in hun huidige primitieve vorm, met alleen maar pseudo-intelligentie, blijven ‘slimme’ robots de mensheid dienen, voornamelijk door monotone en zware taken in de industrie over te nemen. De negatieve gevolgen, zoals de gevreesde creatie van werkloosheid door het inzetten van robots, blijven vrij marginaal. Ook in de servicesector hebben robots een positieve bijdrage: intelligente rolstoelen die het leven van personen met een handicap aangenamer maken, of chirurgische robots die het trauma na de ingreep drastisch verminderen. Als gezelschap voor eenzame mensen of als hulpje in het huishouden (robotbutler) schieten ze echter nog schromelijk te kort. Voorlopig zijn robots nog geen volwaardig gezelschap van de mens.

Gregory Dudek en Michael Jenkin, Computational Principles of Mobile Robotics. (Cambridge: Cambridge University Press, 2010).

Hendrik van Brussel is als ingenieur verbonden aan de KU Leuven.

Deel dit artikel
Gerelateerde artikelen