Článek
Co se děje v dětské hlavě? Raný vývoj poznání člověka nově pomáhá psychologům a vědcům lépe popsat humanoidní robot v postýlce z Fakulty elektrotechnické ČVUT.
Informace a záběry si můžete poslechnout i prohlédnout v úvodní videoreportáži.
Jmenuje se iCub, měří lehce přes metr, váží 33 kilogramů, a velikostně tak odpovídá čtyřletému dítěti.
„Jde o klasický experiment, kdy nad dítětem visí hračka, k níž se připne jedna z jeho končetin, takže je pak schopné s ní hýbat. Zajímavé je, že novorozenec dokáže hýbat celým tělem, což způsobuje pohyb i té hračky, ale nedokáže si uvědomit, že to je třeba v tomto případě ta pravá noha, která to způsobuje, takže hýbe vším,“ vysvětluje Matěj Hoffmann z katedry kybernetiky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze.
„Šestiměsíční dítě – to je právě ten milník, který se zkoumá – na to dokáže přijít, že to je pravá ruka nebo noha, není ale znám ten mechanismus jak. Takže my jsme vzali naše robotické dítě, položili jsme ho do postýlky, dokonce jsme i vyrobili repliku té hračky z (původního) experimentu a teď mu k ní střídavě připevňujeme končetiny a programujeme jeho mozek tak, aby procházel stejným vývojem jako novorozenec,“ doplňuje.
Humanoidní robot iCub na FEL ČVUT vnímá svět okolo sebe prostřednictvím očí, ve kterých má kamery s hloubkovým viděním, mikrofonů, tedy sluchu, a 4000 tlakových senzorů zabudovaných v jeho robotické kůži. Jeho ruka má 19 kloubů a co se týče stupňů volnosti, tedy úkonů, které dokáže celý android provést, tak jich má celkem 44.
„Pro tento experiment je důležité, že má ty končetiny stavěné opravdu jako my – stejné pořadí a orientaci kloubů, má také oči a my se tady vlastně učíme propojení motoriky s vizuální odezvou. To znamená, že on musí poznat, že když pohne s tímto kloubem, tak se něco stane, to uvidí a učí se to pochopit, což je to, čím procházejí děti,“ ukazuje na robotovi vedle sebe v úvodní videoreportáži Matěj Hoffmann.
Jak se robot učí?
A ovládání kloubů, ale i vnímání podnětů, zpracovávání, vyhodnocování a klíčové učení obstarává nejdůležitější část robota - umělá neuronová síť v jeho mozku, která obsahuje klíčový algoritmus Harmonious. Ten vědci z FEL ČVUT vyvinuli s kolegy z University of Colorado Boulder a Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) v Janově.
Algoritmus je takzvaně reaktivní. To znamená, že iCub dokáže adekvátně reagovat na pořád se měnící prostředí, přičemž tento software – umělá inteligence – spočítá za každých zhruba 20 až 30 milisekund nové řešení.
„On se učí předvídat v daném prostředí, co se děje, a zaujme ho cokoliv nečekaného. To znamená, že když sám způsobí tu změnu, tak si to zapamatuje a bude to zkoušet dál, čímž se vlastně děje to, že postupně začne hýbat víc tou nohou, která je připojená k hračce. Když pohne jednou z dalších tří končetin, tak se nic nezmění, ale když pohne touto, která je přidělaná, a těmito klouby, tak se něco změní, takže se mu vygeneruje signál překvapení neboli “ to je zajímavé, zkusím to ještě. A tím stejným, podle naší hypotézy, prochází dětský mozek,“ vysvětluje český odborník na humanoidní roboty.
Kombinace toho, jakou má hardwarovou výbavu, tedy všechny senzory, klouby nebo 53 elektromotorů, které obstarávají každý jeho pohyb, a toho, jakou má softwarovou výbavu, tedy umělá neuronová síť v jeho mozku, dělá z humanoidního robota iCub podle FEL ČVUT ideálního kandidáta pro výzkum, který propojuje jak robotiku a umělou inteligenci, tak i vývojovou psychologii.
A zatímco na vývoji algoritmu spolupracovali čeští inženýři s vědci z USA a Itálie, tak na psychologické části se podílí Integrative Neuroscience & Cognition Center (INCC) v Paříži.
„Na to, abychom systém plně nahráli do tohoto dětského humanoidního robota, teď máme dva týdny – máme tu na to ještě spolupracovníka, který přijel z Hamburku. Cílem je nasbírat dost dat, analyzovat ty experimenty a napsat o tom článek,“ popisuje další postup Hoffmann z FEL ČVUT.
Konkurence pro světové firmy a startupy?
Dětský humanoidní robot je na katedře kybernetiky FEL ČVUT od června roku 2021, je to první robot svého druhu v Česku a jeho získání byl výsledek mezinárodní spolupráce. Inženýři jej v rámci projektu Výzkumného centra informatiky získali právě od IIT v Janově a dodali stěžejní software, který je otevřený, a umožňuje tak jeho další vývoj ve spolupráci s mezinárodní komunitou.
Vědci z ČVUT se chtějí postupně dostat ke stejnému cíli, který mají i velké světové firmy jako Boston Dynamics, Agility Robotics, Tesla, Unitree anebo i rostoucí startupy jako 1×, Figure, Neura Robotics a další, o kterých už redakce SZ Tech publikovala videoreportáže - a to vyvinout svého vlastního humanoidního robota, který by v blízké době mohl pomáhat lidem v domácnostech.
„Humanoidní robotika tam dnes hodně směřuje. My to bereme hodně z gruntu – opravdu se zabýváme tím, co si to dítě osvojuje v prvním roce života, takže vlastně stavíme hodně poctivou základnu, kdy se ten robot učí skoro z nuly, což je odlišné od toho, když do něj rovnou nahrajete velký jazykový model a on už rozumí celému internetu. To bude mít problém s napojením na fyzický svět. Biologická evoluce z nějakého důvodu postupuje jinak, tedy že to dítě se ty věci opravdu učí od píky a my také procházíme tímto cyklem, který samozřejmě vede k výsledkům pomaleji, ale měl by mít solidnější základnu,“ dodává Hoffmann z katedry kybernetiky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze.
Nový algoritmus Harmonious od vědců z FEL ČVUT lze aplikovat i na vyšší počet kloubů, motorů, senzorů a smyslů, než má robo-dítě iCub. To je kromě toho podle českých inženýrů i prvním humanoidním robotem, o kterém lze prohlásit, že je vedle sluchu a zraku vybavené i hmatem.
„Co je na tomto robotu unikátní, je ta umělá kůže po celém těle. Má i hodně kloubů, stupňů volnosti, a cenné je i to, že jej italští inženýři dovedli postavit nejlépe, jak uměli, aby odpovídal našemu tělu. My opravdu věříme v nějaký embodiment, tedy pokud má úplně jiný tvar těla, končetin nebo umístění, tak potom se vlastně mnohem hůř bude dělat ta paralela mezi biologickým a robotickým světem,“ dodává český expert na závěr videoreportáže.
