Robotí kopaná

Dříve než začnu psát o kopané robotů, musím přiznat, že jsem vždy hrál spíše odbíjenou nebo košíkovou. Kopat moc neumím, a když už jsem někdy „kopal“, tak nejčastěji v brance. Na ligové kopané jsem byl jednou v životě. Radost z gólu ale znám. Snad mi tyto omezené znalosti, zkušenosti a dovednosti nezabrání lidskou a robotí kopanou srovnávat. Tuto naději odůvodňuji tím, že robotí kopaná je dnes, slušně řečeno, velmi jednoduchá, alespoň na první pohled, tj. z hlediska kopané lidské. O to srovnání nakonec ani tolik nejde. Jde o to, že tím mohu z několika hledisek ilustrovat stav vědní disciplíny, která se nazývá umělá inteligence. Ta je základem robotí kopané.

Umělá inteligence je jednak schopnost stroje napodobovat inteligentní lidské chování, jednak obor, který se tímto zkoumáním zabývá (www.m-w.com/cgi-bin/dictionary). V disciplíně umělé inteligence dnes převažuje analytický přístup. Detailně se zkoumají dílčí mechanizmy, z nichž by se umělá inteligence mohla skládat. Odhaduji, že se těmto dílčím mechanizmům věnuje 80 % z celkových kapacit oboru. To je, myslím, příliš mnoho a je to na úkor synteticky zaměřených přístupů. Mám ale dojem, že v tom umělá inteligence není sama (tentýž problém mají i jiné vědní obory).

Na robotí kopané se mi líbí zejména to, že dílčí zkoumání diskriminuje. Robot, který sám „nechce“ vypadat jako málo inteligentní nebo „nechce“, aby jako málo inteligentní vypadali jeho konstruktéři, musí prostředí dostatečně přesně vnímat, aktivně, přesně a rychle ho ovlivňovat a své ovlivňování plánovat. Musí v sobě prostředí dostatečně přesně reprezentovat – a toto vše skloubit tak, aby to celé dohromady pracovalo.

Počátky robotích her

Robotí kopaná se na celosvětové úrovni hraje dva roky. V roce 1992 se o ní začalo odborně diskutovat, r. 1995 byly vyhlášeny první celosvětové hry robotů v kopané, které se r. 1997 v Nagoji konaly jako RoboCup-97. Zároveň s klasickým mistrovstvím světa v kopané se v Paříži uskutečnil RoboCup-98 a RoboCup-99 probíhal ve Stockholmu zároveň se světovou konferencí o umělé inteligenci IJCAI-99. Soutěže byly rozděleny do čtyř kategorií.

• V kategorii středních robotů hraje na hřišti 9×5 m v každém týmu maximálně pět robotů. Míč vypadá jako zmenšený basketbalový. Roboti mají průměr okolo 50 cm a pohybují se na kolečkách, která jsou samostatně poháněna motory (zdrojem jsou dobíjecí baterie). Někteří mají i kopací mechanizmus, s jehož využitím střílejí na bránu nebo přihrávají, videokamery, popřípadě další snímací čidla (dle libosti návrhářů). Rádiem jsou propojeni se svými hlavními počítači, v nichž je uložena největší část robotí „inteligence“, tj. jejich hlavní programy.
• V kategorii malých robotů hraje na hřišti o velikosti pingpongového stolu maximálně pět robotů o průměru asi 15 cm. Míček mají menší (golfový) a nemají vlastní snímací kamery, ale kameru společnou. Její signály zpracovávají počítače jednotlivých robotů, které (opět rádiem) své roboty řídí. Malí roboti jsou rychlejší než střední, pohybují se rychlostí do 2 m/s.
• V kategorii kráčejících robotů hrají v týmech maximálně tři roboti, hřiště je opět o velikosti pingpongového stolu. Míč mají oproti malým robotům větší a měkčí. V předchozích kategoriích návrháři robotů navrhují jak hardware (hlavně jejich mechaniku a elektroniku), tak software, kdežto u kráčejících robotů pouze řídící program. Vlastní robot je standardní – umělý pes, hračka firmy Sony. Má nohy o třech kloubech a otáčení hlavy se třemi stupni volnosti, tj. „na všechny strany“. V hlavě má snímací kameru, a když se mu dobře daří, vrtí ocáskem. Když se mu nedaří, tak má něco jako nepodmíněný reflex; svalí se na zem a chvíli se vzpamatovává. Docházelo i ke komickým situacím, kdy se většina hráčů válela na zemi. Tento robot je zcela autonomní, všechnu svou „inteligenci“ si nosí s sebou.
• V kategorii simulovaných robotů se vše odehrává v počítači. Na obrazovce se objeví nakreslené hřiště. Na něm hraje 2×11 „robotů“, kteří jsou zobrazeni jako pohybující se různobarevné body (podobně je zobrazen i míč). Pohybují se velmi rychle, často je ani nestačíte sledovat.

Letos se ve všech kategoriích dohromady zúčastnilo okolo 100 týmů. Některé dokonce daly předem k dispozici stručný popis svého řešení, který byl dostupný na Webu. Přispělo to ke kultivaci diváků, kteří mohli odborněji fandit.

Strategie a smysl hry

Cílem hry je dát co nejvíc gólů a co nejméně jich dostat. Základní postup je jednoduchý. Chce to vědět, kde je míč, kde jsem já (robot) a jak se nejrychleji dostat k míči tak, abych ho mohl vystřelit na bránu a netrefit při tom brankáře. Složitější nebo další strategie mohou být: obejít protihráče, dostat míč z rohu hřiště, bránit, zpracovat pohybující se míč, přihrát. I úkony základního postupu dělaly robotům potíže, byli citliví na barvy, stíny a světelné poměry. V kategorii kráčejících robotů, kteří hráli v modrých a červených dresech, si červení často pletli oranžový míč se spoluhráčem. Například se někde v rohu vzájemně strkali a nechali protihráče, ať si dává vlastní góly. Také byli dost nespolehliví, někdy hrála sotva polovina hráčů. V jednom utkání dokonce hrozilo, že na hřišti zbudou jen hráči jedné strany. Roboti nemohli hrát také proto, že byli lidským soudcem vyloučeni. Měli dodržovat určitá pravidla, ale někteří je zřejmě moc neznali.

Ze všech utkání reálných (nikoli simulovaných) robotů jsem jich sledoval tak patnáct a v nich jsem viděl jedinou přihrávku. Tedy, vypadalo to jako přihrávka – a obecenstvo to odměnilo velkým potleskem.

Smyslem robotí kopané je podporovat výzkum tak, aby bylo možno na standardním problému (kopané) zkoumat možnosti integrace široké škály teorií, algoritmů a architektur umělé inteligence. Dlouhodobým konkrétním cílem robotí kopané je postavit v roce 2050 tým dvounohých zcela autonomních robotů, kteří v rámci pravidel FIFA porazí lidský tým mistrů světa (po vzoru programu Deep Blue, který r. 1997 porazil mistra světa v šachu).

Proč je robotí kopaná vhodným prostředím pro zkoumání umělé inteligence? Nutně vede k integraci, využívá převládající oblíbenost kopané a všeobecnou známost fotbalového prostředí, vizualizuje a srozumitelnou formou přibližuje výsledky výzkumu nejen výzkumníkům, ale i laikům, což je možná ještě důležitější. Však také na RoboCup-99 byl vstup pro veřejnost zdarma, přestože za konferenci se platily poměrně vysoké poplatky.

Jsou roboti hloupí?

Vše je jistě relativní. Dnes jsou ale roboti strašně hloupí, i když používají složité špičkové výpočetní technologie. Některým z nás se zdá, že jsou inteligentní, podobně jako za inteligentní považujeme počítače, jimž nerozumíme. To ale není správné kritérium inteligence. Zatím nepřekonané je Turingovo kritérium: inteligentní stroje se chovají jako lidé, takže je od lidí nerozeznáme (pokud pomineme tělo, hlas apod.). Kritérium jistě „poněkud antropocentrické“, ale nic lepšího zatím nemáme.

Umělá inteligence se sama zabývá hodnocením svých technologií. Poměrně složitě, ale systematicky a přesně počítá nebo měří různé spolehlivosti či chybovosti a jednotlivé technologie srovnává. V publikovaných pracích se můžete dočíst formulace jako: Popsanou metodu jsme otestovali na těch a těch standardních testovacích vzorcích. Pro srovnání jsme provedli na stejných vzorcích testování několika dalších známých metod. Pro většinu testovacích vzorků dává naše metoda nejméně o 3,1 % lepší výsledky než další nejlepší testované metody. Nebo: Vytvořili jsme systém na řízení dopravy velkoměsta. Průjezdnost se zlepšila o 5,2 %.

Takový je dnešní trend. Před nějakými patnácti lety se statistika a pravděpodobnost v umělé inteligenci téměř neužívala, vše bylo deterministické (nebo nedeterministické). Dnes je zas téměř vše pravděpodobnostní. A je to pochopitelné – vývoj přirozeně postupuje od jednodušších řešení k složitějším (i když móda také hraje roli).

Okolo robotů se pohybují velice mladí lidé, což je nejspíš dáno tím, že projekty často vznikají v rámci výuky robotiky na vysokých školách. Pro studenty je možnost soutěžení velkou motivací. A nejen pro ně. Mládí se ostatně netýká jen robotiky – mladě vypadala i většina účastníků konference o umělé inteligenci.

V robotí kopané (zatím) nepotřebujete počítat procenta. Rozdíly nebo nedostatky jsou patrné na první pohled. I když vám autoři při představování řeknou, že pro reprezentaci znalostí jejich tým používá dejme tomu neuronové sítě (což je zřejmě irelevantní), hned si všimnete, že jejich roboti mají vážné potíže s identifikací objektů, jinak by si to jeden z nich nenamířil dvakrát po sobě s míčem přes celé prázdné hřiště do vlastní branky. Pro nezúčastněné diváky je robotí kopaná velká legrace. Pro servisní tým ne, ten se na místě dost zapotí.

Davídkové proti Goliášům

Roboti zřejmě mimo jiné postrádají i sebereflexi (řada vlastních gólů totiž padla při nekontrolovaných, „neopatrných“ pohybech brankářů). Jakkoliv se v základní deklaraci k RoboCup-99 tvrdí, že roboti by měli pracovat a spolupracovat jako autonomní agenti, uvažovat v reálném čase, vytvářet strategie a mimo jiné se i učit, tak se buď neučí, nebo se učí „něco jiného“. Jinak by se roboti (snad ze všech týmů) nemohli znova a znova pokoušet přelézt šikmý mantinel hřiště. Je to mimo jejich fyzické možnosti, ale oni to nevědí a zřejmě se to nedovedou naučit. Vědí pouze to, že v této konfiguraci míče, brány a jich samotných se musí dostat do bodu, který si vypočítali. Trápí se a s nimi asi i jejich tvůrci. Potvrzuje mi to názor, že dosud nejvíce používané jednoduché přístupy k strojovému učení nejsou dostačující. Je třeba zkoumat učení vytvářející složité, rozsáhlé a strukturované báze znalostí. „Roboti se trápí“ je ovšem nepřesné. Správnější by bylo „roboti se netrápí, protože nic takového zatím neznají“. A to právě je jejich nedostatek; kdyby se trápili, snažili by se své trápení vyřešit.

„Duševní“ (výpočetní) procesy robotů jsou najednou při tom zviditelnění srozumitelnější. Je okamžitě zřejmé, že jeden střílí na bránu daleko přesněji než druhý. K jednomu zápasu malých robotů nastoupili takoví chudáčci, proti svým soupeřům asi poloviční, a byli jenom tři (místo pěti). Možná návrháři neměli peníze na další (hardware pro jeden malý robot stojí okolo 10 000 amerických dolarů). Takoví Davidové proti Goliášům. Měli sympatie diváků, ale asi jim málokdo věřil. A co se nestalo! Ti Davídkové se pohybovali možná dvakrát rychleji a přesněji než Goliášové, viděl jsem, jak z trestného kopu z ostrého úhlu vstřelili hezký gól. Brankář reagoval, ale se zpožděním asi 1 sekundy. Nebo jindy, když se brankář lépe postavil, hezky ho s náznakem kličky obešli a... vyhráli. Želbohu, ve finále nebyli. Nevím proč. Možná byli sice rychlí, ale slabí, a tak se nechali přetlačit (to se u robotů může). Nebo se porouchal další robot a jediný zbývající v poli to už nestačil oběhat.

I z toho se lze poučit. V řešení robota by neměly být výrazné slabiny. Chce-li uspět, nemůže mít velice přesnou identifikaci polohy a zároveň špatné naplánování střetu s míčem, nebo rychlý, ale nepřesný pohyb, nebo schopnost obejít protihráče, ovšem bez spolehlivosti.

Snad největším překvapením pro mne bylo celkové vítězství týmu Íránu v nejprestižnější kategorii středních robotů. Však se taky hodně nahlas radovali! Nakonec, proč by si vědečtí pracovníci nemohli trochu zakřičet, podobně jako fandové lidské kopané?

Po první vlaštovce přiletí další

Umělou inteligenci provázejí i extremistické představy. Na jedné straně pověst o nesplněných příslibech, na druhé obava z možné nadvlády nad člověkem. Význam robotí kopané je i v tom, že realisticky ukazuje současné možnosti umělé inteligence a může ji zpřístupňovat. Bylo by například dobré popularizovat, čím umělá inteligence přispěla k pochopení procesu poznání, a tím přispět k lepšímu pochopení umělé inteligence samotné. Z toho, co v umělé inteligenci víme o procesech plánování a učení, by mělo být zřejmé, že předpovědi vědců o jejím vývoji jsou hodně nejisté. Zkoumáme-li nové nebo téměř nové jevy, těžko můžeme očekávat, že dobře odhadneme průběh výzkumného procesu, který s těmito jevy pracuje.

Výčet současných nedostatků robotů by ale neměl vyznít pesimisticky. Vždyť už hrají, už dávají góly! Někdy se štěstím, někdy do vlastní branky. C’est la vie. Alespoň některé nedostatky jsou zřetelně vidět – a identifikovaný problém je napůl vyřešený. Navíc tyto problémy bývají v umělé inteligenci jako dílčí řešeny (a často i vyřešeny). Obecněji bych to formuloval tak, že na úrovni řízení disciplíny umělé inteligence začíná fungovat pevnější zpětná vazba. A ještě obecněji: Pro řízení umělé inteligence se (ať vědomě, nebo nevědomě) začíná používat mechanizmus (zpětná vazba), jímž se umělá inteligence jako zkoumaným jevem zabývá. Po první vlaštovce přiletí další. Některé už tu zřejmě jsou. Podobně soutěživým způsobem se vyhodnocují programy splňující Turingův test inteligence. Můj optimizmus je dále založen na tom, že je zřetelně vidět potřebu integrace. A bude-li se integrovat v robotice, bude se integrovat i ve zbytku umělé inteligence. Tam je to potřeba možná ještě víc. Krom toho je dobré, že na robotí kopané je patrná potřeba citové zaangažovanosti, motivace. Umělá inteligence sama se city zatím příliš nezabývá. Zatím.