Maschine mit Selbsterkenntnis: Forscher haben einen Roboter konstruiert, der ohne Vorwissen ein Bild seiner Selbst entwickelt. Er lernt selbstständig, welche Form er hat und wie er sich bewegen kann – ähnlich wie ein neugeborenes Kind. Diese Fähigkeit zur Selbsterkenntnis ermöglicht es Robotern, sich flexibler an neue Aufgaben, aber auch an Schäden anzupassen. Gleichzeitig könnte dies ein erster Schritt hin zu einem echten Selbstbewusstsein der Maschinen sein, so die Forscher im Fachmagazin „Science Robotics“.
Roboter sind heute fast schon allgegenwärtig: Sie arbeiten in Fabriken und Lagerhallen, saugen für uns Staub oder mähen den Rasen und fliegen als autonome Drohnen durch die Luft. Auch beim Militär, für Rettungseinsätze oder bei der Erkundung fremder Planeten tun Roboter ihren Dienst. Künftig sollen die maschinellen Helfer zudem noch enger mit dem Menschen zusammenarbeiten, beispielsweise als Pflegekräfte oder Haushaltsassistenten für Alte und Kranke.
Was bin ich?
Bisher allerdings haben die meisten Roboter ein Problem: Sie sind nicht selbst-bewusst. Sie entwickeln kein eigenes Bild ihrer Selbst, ihrer Fähigkeiten und ihres „Körpers“. „Durch die jüngsten Fortschritte im Maschinenlernen werden Roboter immer besser darin, ihre Umwelt zu verstehen“, erklären Hod Lipson und Robert Kwiatkowski von der Columbia University. Doch das Selbstbild der Roboter beruhe meist nur auf den Modellen, die ihnen zuvor einprogrammiert wurden.
„Wenn wir aber wollen, dass Roboter unabhängiger werden und sich auch an von ihren Schöpfern nicht vorhergesehene Situationen anpassen, dann müssen sie lernen, sich selbst zu simulieren“, erklärt Lipson. Ein Säugling lernt durch Umherzappeln allmählich seinen eigenen Körper kennen und kontrollieren – und genauso müssen auch Roboter lernen, durch Eigenwahrnehmung ein Selbstbild aufzubauen.
„Die entscheidende Frage ist daher: Kann ein Roboter ohne Vorwissen ein Modell seiner Selbst erzeugen?“, so Lipson.
Vom Zappeln zum Selbstbild
Genau dies haben die Forscher nun getestet. Für ihren Versuch konstruierten sie einen Roboterarm mit vier Freiheitsgraden der Bewegung. Zu Beginn hatte dieser keinerlei Vorwissen über sein Aussehen – er wusste weder welche Form noch welche Größe er hat. „Anfangs bewegte sich der Roboter zufällig umher und zeichnete dabei jeweils Aktions-Reaktions-Paare für rund 1.000 Bewegungsbahnen auf“, erklären die Wissenschaftler. Aktionen entsprechen dabei den Motorbefehlen, Reaktionen der jeweiligen Endposition des Arms.
Nun folgte das Entscheidende: Mithilfe eines zum sogenannten Deep Learning fähigen Algorithmus wertete der Roboter diese Bewegungen aus – und erzeugte so nach und nach ein Modell seiner Selbst. Anfangs war dieses Modell noch unvollständig und ungenau, wie die Forscher berichten. Es fehlte zum Beispiel eine Vorstellung davon, wie die einzelnen Gelenke miteinander verbunden waren.
Selbsterkenntnis macht flexibel
Doch nach knapp 35 Stunden des Trainings hatte der Roboterarm ein relativ präzises Selbstbild entwickelt. Ob ihm dies hilft, neue Aufgaben zu bewältigen, testeten die Wissenschaftler mit zwei Aufgaben: In der ersten sollte der Roboterarm neun kleine Kugeln aufheben und an anderer Stelle wieder ablegen. In der zweiten Aufgabe sollte er einen Stift aufnehmen und damit schreiben. Die Herausforderung dabei: Der Roboter musste dies allein auf Basis seiner Selbstkenntnis schaffen, ohne zusätzliches Feedback seiner Sensoren.
„Das ist ähnlich, als wenn wir mit geschlossenen Augen ein Glas Wasser greifen und anheben müssten – das ist selbst für uns Menschen schwer“, sagt Kwiatkowski. Doch der Roboterarm war trotz dieses Handicaps in immerhin 44 Prozent der Versuche erfolgreich. Durfte er zusätzlich aktuelle Sensordaten nutzen, schaffte er 100 Prozent. „Das belegt, dass Roboter auf der Basis selbstentwickelter Selbstmodelle erfolgreich lernen und planen können“, so die Forscher.
Nun jedoch folgte der Härtetest: Die Wissenschaftler bauten dem Roboter ein längeres, verformtes Bauteil ein, so dass der Arm nun quasi „verkrüppelt“ war. Würde er sein Selbstbild entsprechend anpassen? „Der Roboter detektierte automatisch die Veränderung und glich sein Selbstmodell daran an“, berichten die Forscher. „Dadurch konnte er seine Aufgaben ohne große Abstriche weiterhin erfolgreich bewältigen.“
Erster Schritt zu einem Selbstbewusstsein der Maschinen
Nach Ansicht der Forscher könnte diese Anpassungsfähigkeit die Robotik und künstliche Intelligenz entscheidend voranbringen. „Noch ist die Selbstmodellierung unseres Roboters sehr rudimentär, verglichen mit der des Menschen“, sagt Lipson. „Aber wir glauben, dass diese Fähigkeit den Weg zu einem echten Selbstbewusstsein der Maschinen ebnen könnte.“
Ein solches Selbstbewusstsein könnte Roboter und KI-Systeme deutlich robuster und anpassungsfähiger machen. „Es bringt aber auch einen Verlust der Kontrolle mit sich“, betonen die Forscher. Denn Roboter werden dadurch noch ein Stück unabhängiger von menschlicher Programmierung – und damit auch unberechenbarer. (Science Robotics, 2019; doi: 10.1126/scirobotics.aau9354)
Quelle: Columbia University
