Neuronale Netze finden immer mehr Anwendung in intelligenten Systemen. Am microTalk im CSEM Zentrum Alpnach erklärte die Physikerin Yulia Sandamirskaya den Weg vom Hirn zum Roboter.
Wir staunen nur noch. Wir sind von moderner Technik umgeben. Computer, Internet, Handy, selbstfahrende Autos. Die Chirurgen dringen mit kleinsten Kameras in unseren Körper ein, operieren, setzen Herzschrittmacher ein oder diagnostizieren über Telemedizin aus der Ferne. Roboter bauen Autos, Flugzeuge und Schiffe. Wir wundern uns über die Möglichkeiten der Technik. Neuronale Netze finden immer mehr Anwendung in künstlich intelligenten Systemen, etwa Bildverarbeitung , Spracherkennung oder Robotik. Dabei vergessen wir fast, dass viele von uns einen der ersten Roboter in der Wohnung haben: den Staubsauger-Roboter.
Das dies alles möglich ist, liegt unter anderem an der „neuromorphen“ Hardware, die vom biologischen Nervensystem wie dem menschlichen Hirn inspiriert ist.
Dr. Yulia Sandamirskaya erklärt die Zusammenhänge ihrer Forschung
Über den Weg vom menschlichen Hirn zum kognitiven Roboter referierte Dr. Yulia Sandamirskaya vom Institut für Neuroinformatik der Universität Zürich und der ETH Zürich im CSEM Zentrum in Alpnach, dem Zentrum für Innovation und Technologietransfer.
Die Roboter müssen zuerst einmal erfunden und gebaut werden. Die Referentin dazu:“Um derartige neuronale Rechner zu programmieren, benötigen wir ein tiefes Verständnis von biologischen Vorgängen, welche das Verhalten und die Kognition steuert. Wir wissen, dass Roboter heute unter anderem sehr viel in der Industrie eingesetzt werden.“
Die Vision wäre, Roboter zu bauen,
die vom Gehirn aus gesteuert werden können. Dazu müsse man aber viel mehr über unser Gehirn wissen.
Die aus Bochum stammende Physikerin erklärte, wie die Gruppe „Neuromorphic Cognitive Systems» neuronale Architekturen entwickelt, die es den Robotern ermöglicht, Verhaltensweisen zu generieren.
Wie man beispielsweise in einer Umgebung navigiert, um Hindernisse zu umgehen, um Ziele zu verfolgen, Erinnerungen zu bilden und zu lernen.
So habe man bei der Entwicklung der ersten Staubsauger-Roboter
auf das Verhalten bei Mäusen zurückgreifen können. Ein anderer Weg führte über die Entwicklungspsychologie zu den ersten kognitiven Robotern. Kleine Figuren, die sich bewegen und kleine Aufgaben erfüllten.
Sie benötigen eine Motorsteuerung, um die Aufgaben zu lösen, eine vorprogrammierte Abfolge von Bewegungen auszuführen.
Die Physikerin weiter:„Wir wollen, dass die Roboter aus Erfahrung lernen können. Roboter, die alten Menschen helfen, den Alltag zu bewältigen. Unsere Umwelt ist so vielfältig. Jede Sekunde unseres Lebens müssen wir Entscheidungen treffen, lernen, wie wir funktionieren, müssen Aktionen auf längere Zeit planen.“
Blick hinter die Kulissen der Forscher
Die für nicht Spezialisten komplizierten Äusserungen vereinfachte die Physikerin im folgenden Interview.
Wie sind Sie zu diesem Forschungsthema gekommen?
Es hat mich immer fasziniert, die Biologie, wie unser Gehirn funktioniert. Ich bin von der Ausbildung her Physikerin. Ich wollte mich in Bio-Physik bewegen. Es war ein Zufall, dass ich hier gelandet bin. Ich wusste nichts von Netzwerken und Robotern. Das war alles spannend. Da habe ich meine Doktorarbeit gemacht.
Sind Sie immer noch begeistert?
Ich bin immer noch sehr begeistert. Immer mehr.
Was bedeutet die Entwicklung für uns? Wohin geht die Reise?
Wenn wir wirklich verstehen würden, wie unser Hirn funktioniert, würde das grosse Auswirkungen auf verschiedene Bereiche haben. Beispielsweise auf die Ausbildung unserer Kinder. Wie wir die Kinder erziehen, wie wir ihnen verschiedene Sachen beibringen.
Wir wissen schon viel über das Gehirn, aber es gibt noch verschiedene Dinge, die wir verstehen müssten.
Ein anderer Bereich sind psychische Erkrankungen. Mit ihnen könnte man auch anders, besser umgehen. Auch globale Themen. Die ganzen Kriege finden statt, weil sich die Menschen gegenseitig nicht so gut verstehen.
Auf der technischen Seite: Wenn wir es schaffen würden, alltäglichen Roboter zu bauen, die uns Arbeiten abnehmen könnten, die für die Menschen zu schwer, zu gefährlich sind. Da würde unsere Gesellschaft auch davon profitieren.
Wir haben eine interessante Zeit. Es ist viel passiert in den letzten Jahrzehnten. Geht der Fortschritt immer schneller vorwärts?
Ja. Es ging in den letzten 50 Jahren sehr schnell voran. Es gibt neue Probleme, die sehr schwer sind, die nicht mehr ohne neue theoretische Einblicke zu lösen sind. Die Computertechnik basiert darauf, dass unsere Transistoren immer kleiner werden, immer schneller, immer billiger. Die werden so klein, dass sie nur noch ein paar Atome klein sind, und da kommen wir an die physikalischen Limits unserer Systeme, und da braucht man neue theoretische Erkenntnisse. Heute wird in diese theoretischen Arbeiten nicht viel investiert. Da muss sich etwas ändern, damit es so weiter geht.
Werden wir je begreifen, wie der Mensch funktioniert?
Das will ich hoffen. Aber so genau wissen wir es nicht. Es ist das kompletteste System, was das Universum geschaffen hat.
Sehen Sie einen Zeithorizont?
Wenn alles gut läuft und wenn sich die wissenschaftlichen Systeme ein bisschen ändern, hätten wir in 100 Jahren eine gute Chance.
Wären Sie auch gerne ein Roboter?
(denkt nach) Das weiss ich nicht. Wenn das wirklich möglich wäre, wäre es interessant zu sehen, was dann weiter kommt. Das ist eine philosophische Frage. Ob sich das Leben dann noch lohnt, wenn es kein Ende gibt?
Die Gefühlswelt ist noch nicht angesprochen.
Man versucht den Robotern auch Gefühle beizubringen, rein aus dem Grunde, weil wir mit den Menschen besser interagieren können, dass sie auch Gefühle verstehen und produzieren können.
Welche Gefühle?
Ärger, Freude, Interesse, Neugier.
Und die Liebe?
Manche Leute machen das auch, andere finden das verrückt.
Wie fühlen sie sich als Mensch?
Es ist faszinierend. Da wurde eine gute Arbeit gemacht. Wir verstehen davon noch nicht viel. Ich bin immer wieder fasziniert, nicht nur vom Menschen, sondern auch von Lebewesen.
Gibt es einen Bereich, den sie nicht verstehen, wie wir funktionieren?
Oh ja, sehr viele. Die Gefühlswelt.
Fotos: Josef Ritler