AI-blog

Érdekességek, elmélkedések és kutatási eredmények a mesterséges intelligencia, robotika és egyéb sci-finek ható tudomány területeiről.

kommentek

Linkek

Néhány gondolat az önszerveződésről

2010.03.17. 10:36 | Haibane | 3 komment

Címkék: természet elmélet önszerveződés

Hogyan képesek bizonyos halak rajokban úszni, ahol mindenki szerepe azonos, tehát nincs vezető hal? Hogyan képesek a hangyák csupán az egyszerű viselkedésükkel egy igen komplex társadalom létrehozására? Hogyan lesz a zebra bőre csíkos?

Ilyen, vagy ehhez hasonló kérdesek megválaszolásánál előbb-utóbb belefutunk az önszerveződés fogalmába. De vajon, mit is takar pontosan ez a dolog?

Jelenleg nincs egyetelen, mindent átfogó definíció az önszerveződésre, de valahogy kicsit barbár módon így lehetne megfogalmazni:

Az önszerveződés egy olyan folyamat, ahol csupán a rendszer alacsonyabb szintű komponenseinek a kölcsönhatásai által globális szinten létrejön egyfajta minta, vagy motívum. Ráadásul azok a szabályok, amik eredményezik ezeket a kölcsönhatásokat csupán lokális információt használnak, a globális mintáról nincs közvetlen információjuk.

Mit is jelent ez az egész? Van egy rendszerünk, ami több apró elemből áll. Ezek az elemek egymással kölcsönhatásban állnak, tehát valamilyen lokális viselkedést mutatnak. Ha viszont kicsit kizoomolunk láthatjuk, hogy a rendszerünk valamilyen érdekes, csak távolról megfigyelhető mintát, vagy jellegzetességet rajzol ki.

Talán a halraj az egyik legszemléletesebb példa ennek ábrázolására. Ha ráközelítünk az egyikre, láthatjuk, hogy halunk a következő viselkedést követi:

  1. Ússz közel a többi halhoz
  2. Ha túl közel vagy, akkor ússz kicsit távolabb
  3. Ha veszélyt észlelsz menekülj
  4. Ha ételt látsz ússz oda

Ezen igen egyszerű szabályok távolról nézve már elég komplikált dolgokat tudnak produkálni.

Az egész ötlet W. Ross Ashby fejéből pattant ki 1947-ben mikor a biológusok körében heves vitákat váltott ki bizonyos gombafélék helyváltoztatása, amit képtelenek voltak korábbi elméletekkel alátámasztani. Az történt ugyanis, hogy az akkoriban gombának hitt valami a kert egyik végéből a másikba át tudott menni tetézve azzal, hogy senki sem látta mozogni. Miután kiderült, hogy nem misztikus teleportálásról van szó, csupán arról, hogy az élőlény apró egyedekből épül fel, amik az éjszaka során önállósítják magukat és jobb helyet keresnek. Ezután természetesen ezek újra összeállnak, kialakítva az ember által ismert képződményt.

Az önszerveződés folyamata hihetetlen sok helyen megtalálható, elég említeni a fizikát (kristályok, termodinamika), kémiát (SAM), biológiát, kibernetikát...

Igen, a robotika itt jön be a képbe: képzeljük el, hogy a sok évig fejlesztett, igen drága marsjáró helyett több ezer nagyon olcsó, egyszerű robotot küldenénk ki, ahol nem számít ha egy részük bedöglik, mivel a feladatot csoportban, együttműködve hajtanák végre.

 

Itt felmerülhet a kérdés, hogy ha ez ilyen egyszerű és hatékony, akkor miért nem látunk robotcsoportokat, amik autókat szerelnek össze/szét,  vagy éppen úton vannak a Jupiter felé? Nos, az elmélet önmaga nagyon szép és tiszta, de az önszerveződést műszaki életbe áthelyezni igencsak problémás. Ha eltekintünk a apró méret okozta kihívásoktól (akku élettartam, szerkezeti kérdések) még mindig ott vannak a szoftveres gondok.

Az igazi problémát az adja, hogy az esetek legnagyobb részében nem tudjuk megmondani előre, hogy pontosan mik is azok a szabályok, amiket ha a kis egységek követnek akkor az nagyban nekünk jó lesz. Jelenleg több megoldási kísérlet is van, ezek közül talán a legegyszerűbb, ha közvetlenül a természetben keresünk kész megoldásokat és azt alkalmazzuk. Példának lehet említeni elosztott szinkronizációs algoritmusokat, amiket az ázsiai szentjánosbogár párzási rituáléja ihletett. Sajnos legtöbbször nem vagyunk ilyen szerencsések, ezért valami más megoldáshoz kell nyúlni. 

Szóba jöhetne még, hogy valami hasonló már működő rendszert vegyünk alapul és pici változtatásokkal formáljuk át nekünk tetszővé. A gondolat nem is lenne rossz, de igen nehéz a valóságban alkalmazni, ugyanis legtöbbször egy működő önszervező rendszert ért legkisebb változás is fenekestül felfordítja. Visszatérve a halas példára, ha bármelyik szabályt egy picit is megváltoztatjuk könnyen előfordulhat, hogy a halak nem fognak szép rajokban úszni hanem valamilyen rendezetlen, káosz viselkedést mutatnak.

Természetesen emellett még több kísérleti módszer létezik, de jelenleg a legnagyobb potenciált mutató megoldás ha követjük a természet módszereit, vagyis valamilyen evolúciós eljárást alkalmazunk a robotok irányító egységeinek kifejlesztéséhez. Ez a rész már külön postot érdemelne, esetleg a jövőben elkalandozom ilyen irányba is.

 

 

 

 

A bejegyzés trackback címe:

https://aiblog.blog.hu/api/trackback/id/tr431846455

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

brlv24 2010.03.18. 01:32:25

Jo cikk, ma is tanultam valamit:)
Pont a legerdekesebb resznel lett vege:)

leo48 2010.03.18. 10:23:54

Jó az indító cikk, néhány gondolat hozzá. Szerintem a természetben az önszerveződést a célszerűség határozza meg, nevezetesen az életben maradás. (a biztonság, hogy ne egyék meg az egyedet, illetve hogy az táplálékhoz jusson). Ennek formáit alapvetően a fejlettségi szint és a környezet determinálja. Általában minél alacsonyabb fejlettségi szintű az egyed, annál nagyobb számú a populáció.
Az önszerveződés bizonyos fokán (amikor az egyedek különbözőségei dominálni kezdenek),kialakul az u.n. csorda szellem, és ez magával hozza a "vezér" kiválását. (vezérkos, vezérbika, vezérlúd, vezérevezős, stb.)Az egyedek különbözőségei a populáció viselkedését is befolyásolják. (a bivalycsorda olyan sebességgel halad, mint közülük a leglassúbb).
A robotok önszerveződését illetően vélhetően meg kell határozni a célt, melynek érdekében szerveződni kell. Mivel itt az egyedek egyformák és egyenrangúak, nem szükségszerű a "vezér" kiválasztódása. (Bár nrm elképzelhetetlen).
Várom a téma folytatását.

Haibane 2010.03.25. 09:18:19

@leo48: A természetben az egyedek változásást mindig az életben maradás határozza meg, ez a legnagyobb kényszer.

A robotoknál pedig a probléma az, hogy a klasszikus top-down tervezés (tehát felülről lefelé) kudarcba fullad, hiába tudom, hogy mit várok a rendszertől, nem tudom meghatározni könnyen az alrendszereket, vagy ezek viselkedését. Elég egy példának hozni a hangyákat, igen bonyolult várakat építenek, ezekből leszűrni a rendszerüket talán lehetetlen.