embodied actiongrundkonzepte der cogsci 5 16.05.06 Übersicht unit 5: embodied action i...
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Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Übersicht unit 5: Embodied Action
I Standortbestimmung: 1-2 Phase cogsci
II
III
IV
Embodied AI: New Robotics
Entwicklungspsychologie
Conclusion and Discussion
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Erklärungsprinzip der cogsci: Das Modell
psychologisches Experiment
(linguistic data,neurological evidence...)
Input
Output
generiert durchProgramm
(qualitativ oderquantitativ)
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
psychologisches Experiment
(linguistic data,neurological evidence...)
Input
Output
„Lernen“
Rep
Regeln
Wissen
if payoff > 1then do xelse do y
Erklärungsprinzip der cogsci: Das Modell
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
psychologisches Experiment
Input
Output
„Lernen“
Rep
Regeln
Wissen
• Programm modelliert performance
• Schlüsse des Programm sind selbst aufgrund eines Modells
• „Modell von Modellierfähigkeit“
• + Experiment selbst idealisiert „Modell“
Erklärungsprinzip der cogsci: Das Modell
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Erklärung oder Beschreibung?
• Programm entspricht psychologischer Theorie
• exakt formuliert nachvollziehbar & vergleichbar
Vorteile
aber:
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Modelle als Werkzeuge
Welt Mind
Geometrie PSS
direkter Zugangzu fundamentalenStrukturen
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
alternative Modellealternative Geometrien
scriptsschemasmotor programs...
Modelle als Werkzeuge
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
state of the art: David Marr‘s Erklärungssystem
Computational Level
AlgorithmicLevel
Implementational Level
I II III
Input
Output
• Problemstellung unabhängig von Organismus
• prinzipiell lösbar?
• optimale Lösung?
• Lösungsstrategie
• konkrete Transformation:
Input Output • Implementierung der Algorithmen
(urspr. Marrs Ausgangspunkt)
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Computational Level
AlgorithmicLevel
Implementational Level
I II III
• Computational Level: formale Problemstellung
• Level II: nimmt „Schachproblematik“ ernst
Anspruch von Allgemeinheit
Pragmatik: mögliche Umsetzungen
• Neuroscience: Inspiration & zusätzliche constraints
mehr als Fehlerkurven modellieren
state of the art: David Marr‘s Erklärungssystem
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Computational Level
AlgorithmicLevel
Implementational Level
I II III
• 3 Level hängen offensichtlich zusammen
& sollten letztendlich alle behandelt werden(≠ klassischer Kognitivismus)
• Problem sollte auf der richtigen Ebene behandelt werden
Kritik an klassischer AI
state of the art: David Marr‘s Erklärungssystem
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Computational Level
AlgorithmicLevel
Implementational Level
I II III
• Probleme bei denen Menschen auch gut sind...
• Vermischung von Levels:
Was ist das Problem? mögliche Lösungen?
basiert letztlich auf Analogie Block für SHRLDU Block für uns
state of the art: David Marr‘s Erklärungssystem
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Das Erklärungsstrategie der cogsci
• no cognition without representation
• eigener Zugang zu Denken Fühlen Handeln
• eigenständig aber kompatibel mit anderen NaWis
Arbeitsteilung mit Physik, Chemie, Biologie
• Repräsentationalismus ist gemeinsame Sprache
• ermöglicht gemeinsames arbeiten am großen Projekt
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Kritik der 3. Generation
• „zu abstrakt, „zu weit weg / nicht von dieser Welt“
• „unflexibel, begrenzt und stur“
• ≠ Mensch: schon als Baby in der Welt (& schon als „Kieferfisch“ im Ozean)
Beispiele von embodied approaches:aus Robotik & Entwicklungspsychologie
kein Verständnis: symbol grounding problem
Wann ist welches Wissen relevant? frame problem
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Embodied AI: New Robotics
1. Der klassische Ansatz
current state
goals
work backwards from goal
means-ends anaylsis solution
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
processing
world model
encode input
plan
implement plan
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
processing
world model
encode input
plan
update worldmodel
implement plancorrect errors / noise
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Whegs movie: insect gait
What is the role of intelligence in moving?
2. Ein mechanischer Ansatz
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Objekterkennung / Kategorisierung
Embodied AI: New Robotics
alles in den Beinenalles im Kopf
Optimierung ohne Intelligenz!
• mit Sensorik, die einem durch den Kopf gehen kann
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Gantry robot (Sussex, late eigthies)
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Harvey et al. 1997
Husbands et al. 1997
Gantry robot (Sussex, late eigthies)
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Gantry robot (Sussex, late eigthies)
• enorme Sensorschwankungen sogar in dieser extrem kontrollieren Umwelt
• 64 x 64 greyscale camera
• helle Kanten in der Dunkelheit
• langsame Steigerung der Komplexität der Aufgaben vorwärts fahren Annähern an Objekte Bevorzugen eines Objekts gegenüber anderen
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Gantry robot (Sussex, late eigthies)
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Gantry robot (Sussex, late eigthies)
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Hat der Roboter eine Repräsentation / template von ?
• lange Antwort: nicht unabhängig von Motorik / Sensorik / Kontext
perceptual guidance of action Invarianzen in Schleifen
Gantry robot (Sussex, late eigthies)
• kurze Antwort: nein.
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06 Brooks 1986
Rodney Brooks Subsumption Architecture
• jedes dieser Module ist ein extrem simpler controller
• Module kommunizieren minimal (außer über die Umwelt)
• Module inhibieren sich gegenseitig (Hierarchie)
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
New Robotics: Representation?
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Embodied AI: New Robotics
• Wie weit kommt man mit dem Ansatz?
Komplexität steigt exponentiell mit Modulen...
• Problemstellung eines layers (Marr 1st level) ist abhängig
• von der Umwelt
• von den anderen Layern
• von der Interaktion mit allem...
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Entwicklungspsychologie
Infant walking
• 0-2 Monate (!) (gestützt)
• ~ 12 Monate (selbständig)
Adolph 2002, Thelen & Smith 1994
• regressive Entwicklung (U-shaped learning curve)
braucht es überhaupt Köpfchen zum Gehen?
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
McGeer‘s passive dynamic walker
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
active walking
• Bänder als Federn
• Dehnung der Achillessehnen
• sogar kopflose Wirbeltiere können laufen (i.a.)
• Gehen mit Köpfen: feinsinnige Modulation von komplexen dynamischen System (Biomechanik des Muskel- und Skelettapparats & Umwelt)
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Entwicklungspsychologie
2-12 Monate alte Babies sind zu schwerfür ihre Beinmuskeln...
• in Minuten, da unsere Muskeln höchst variabel reagieren, etc...
• Entwicklung (motorisches) Lernen
• Reflexautomatik? Kognition?
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Kategorisierung & Generalisierung
The Ramp & the importance of being nice to babies
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Entwicklungspsychologie
Several important and surprising findings have resulted from this work.
First, infants acquire an immense quantity of experience with balance and locomotion (e.g., a typical toddler travels more than 39 football fields/day, and accumulates an average of 15 falls/hr).
Second, the duration of infants’ experience has tremendous predictive power, explaining significant portions of variance in developmental changes above and beyond that explained by infants’ body dimensions and chronological age.
Third, learning from everyday experience is specific to each perception-action system in development. That is, sitting, crawling, cruising, and walking show separate learning curves, even for responses in the same tasks.[...]
http://www.psych.nyu.edu/adolph/research1.shtml
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Entwicklungspsychologie
• abstraktes Wissen: biomechanisch gesehen
• welche Aspekte können generalisiert werden?
• wie „abstrakt“ (universell anwendbar) ist unser Wissen?
Wissenschaft nicht repräsentativ... selbst Wissenschaft zweckgebunden...
• Modellierung: komplexe dynamische Systeme
Variabilität, Regularität & Entwicklung
zeitlich kontinuierlich
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
Modellierung mit dynamischen Systemen
Entw
icklung
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
control modelcomputation model
input outputcomputation
sense think act
What we have is a circuit, not an arc or broken segment of a circle. This circuit is more truly termed organic than reflex, because the motor response determines the stimulus, just as truly as sensory stimulus determines movement.
(Dewey, 1896, p. 363)
The whole neural organism, it will be remembered, is, physiologically considered, but a machine for converting stimuli into reactions
(James, 1890, p. 372).
IV Conclusions & Discussion
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
IV Conclusions & Discussion
classical approach embodied approach
Gegenstand
Kognition.
wird inferiert aus ziel-gerichtetem Verhalten
Outputplan
CogInput
zielgerichtetes Verhalten
Sensorik
Motorik
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
IV Conclusions & Discussion
classical approach embodied approach
Rolle von Kognition
• notwendig für intelligentes Verhalten
• wird als Lösung für formale Probleme verstanden (unabhängig von Implementierung)
• nur als letztes Mittel
• muss auf sensomotorische Schleifen abgestimmt sein
• Problemstellung hängt sehr wohl vom Körper ab
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
IV Conclusions & Discussion
classical approach embodied approach
Konzept von Kognition
computation model
input outputcomputation
sense think actSensorik
Motorik
Gedächtnis,Pläne, etc.
control model
• inteveniert zwischen Wahrnehmung & Handlung
• diskrete Planungschritte • moduliert action-perception
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
IV Conclusions & Discussion
classical approach embodied approach
Erklärungsstrategie
• allgemeine Formulierung von Problemlösungs- mechanismen
• Intelligenz unabhängig vom Körper verstehen
• verkörperte Intelligenz untersuchen
• allgemeine Werkzeuge für den Umgang mit komplexen Systemen zu finden
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
IV Conclusions & Discussion
classical approach embodied approach
Beispiel: Vorstellung
• action-perception control loops „im Leerlauf“
• formales Planen
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
IV Conclusions & Discussion
classical approach embodied approach
Beispiel: Sprache
• formales System
• Bedeutung: propositional
• Effekt von Sprache auf körperliche Verfassung
• Bedeutung: grounding in perception action
• Syntax (Grammatik)
• Wissensbasis, Weltwissen explizieren
• Beispiel: kognitive Linguistik
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
IV Conclusions & Discussion
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
IV Conclusions & Discussion
• embodied critique of the classical approach
embodiment untergräbt Kognitivismus
Problem: Was ist eigentlich Kognition?
Problem: Interdisziplinäres Modell
Representation has been the central issue in artificial intelligence work over the last 15 years only because it has provided an interface between otherwise isolated modules and conference papers (Brooks 1991)
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
IV Conclusions & Discussion
• Gegenkritik
Programm ist stark genug um Probleme zu lösen
scaling problem
wird Repräsentation wieder einführen müssen...
unerklärlicher Rückfall zum evil behaviorism (throwing out the baby with the bathwater)
nur manche Aspekte müssen geändert werden
Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06
IV Conclusions & Discussion
• Wie geht‘s weiter?
Embodied action
Kognitivismus steht an seinen Grenzen
Integration von Aspekten von Embodiment
constraints on cognition
verschiedenste Alternativen, im Fluss
Traditional cognitive science
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