ساختار تركيبي هوش روباتيك
Combinational Structure of Robotic Intelligence
دكتر امين گلستاني[۱]
مشاور، محقق و مدرس حوزه استراتژي فناوري اطلاعات
مقدمه
براي اولين بار بشر توانسته است محصولي اختراع نمايد كه پا را از حوزه محصول و تجهيزات بودن خارج نمايد و به دنياي زندگي انسان‌ها راه پيدا كند. روزگاري كه روبات‌ها فقط در بين صنايع پيشرفته اغلبِ وظايف سخت و طاقت‌فرسا را انجام مي‌دادند، سپري شده است و امروزه اين ماشين‌هاي هوشمند در كشورهاي پيشرفته، وارد اكثر حوزه‌ها مانند صنايع نظامي، پزشكي، مهندسي، فضا، سرگرمي و غيره شده‌اند تاجائيكه تقريبا هر هفته، خبري جديد از يك پيشرفت عجيب در مورد روبات‌ها، فكر آدمي را به‌خود مشغول مي‌سازد كه هوش و توانايي اين ساختة دست بشر تا كجا قرار است رشد و پيشرفت كند؟ در اين مقاله سعي مي‌گردد تا در خصوص ساختار تركيبي هوش بكاررفته در روبات‌ها به معناي عامِ كلمه كه مي‌تواند شامل نانوروبات‌ها، ميكروروبات‌ها، روبات‌هاي زنده‌نما (انسان/حيوان‌نما) و ابَرروبات‌ها باشد، توضيحاتي ارائه گردد تا اذهان خواننده را در درك پيشرفت سطح هوشياري اين ماشين ياري نمايد.
هوشمندي
انسان مجهز به پيشرفته‌ترين ابزار پردازشي و تحليلي موجود در طبيعت به نام مغز مي‌باشد. اين پردازشگرِ الكتروشيميايي فوق‌العاده، با وزن تقريبي ۱٫۴ كيلوگرم، حدود ۸۰ درصد از فضاي جمجمه را اشغال نموده است و باوجود اينكه که تنها دو درصد از وزن كل بدن را تشکیل می‌دهد ولي با يك تريليون نورون یا سلول عصبی و سلول‌های Glia و بیش از ۱۶۱,۰۰۰ کیلومتر رگ خونی، در حدود ۲۰ درصد از اکسیژن و ۲۵ درصد از گلوکز كل خون را به‌عنوان انرژي مصرف می‌نمايد و توانايي توليد ۱۰ تا ۲۳ وات جريان الكتريسيته دارد.
مغز انسان قادر است با استفاده از نانوتكنولوژي طبيعي در هر ثانیه، یک میلیون ارتباط جدید برقرار کند و می‌تواند اطلاعات مربوط به یک قرن زندگی را ثبت، بازیابی و اصلاح کند. اين بخشِ حياتي، كليه اقدامات اجزاي بدن را كنترل مي‌نمايد، بطوريكه شمارش آنها خارج از حوصله مي‌باشد. اما دو نكته در اين خصوص بسيار حائز اهميت است. اول آنكه، مغز انسان همواره در حال افزايش توان از طريق يادگيري است و دوم آنكه، مغز انسان علاوه بر انجام ميليون‌ها وظيفه روزمره از طريق بيش از ۵۰ هزاركيلومتر رشتة عصبي محرك و ۶۴۰ عضله در بدن مانند ۲۰ هزار چشمك در طول روز، توانايي ورود به عرصه غيرفيزيكي مانند تخيل و تجسم را نيز دارد. لذا هر انسان بطور معمول ۷۰ هزار فكر در طول روز در ذهنش ايجاد مي‌كند و مي‌تواند تصويري را كه فقط به مدت ۱۳ هزارم ثانیه مشاهده مي‌كند، پردازش کند و نهايتا خروجي اين سيستم خارق‌العاده، عقل و هوش است.
هوش به‌عنوان يكي از ابزارهاي سنجش عملكرد مغز انسان، امروزه بسيار مورد مطالعه قرار گرفته است. هوش، توانايي سازگاري با محيط و شرايط، توسط بكارگيري مناسب‌ترين و سريع‌ترين راهكارها مي‌باشد. درواقع مي‌توان هوش را به‌عنوان توانايي حل مسائل در زمان و شرايط مناسب تلقي نمود. هوش، قابليتي استثنايي است كه در انسان وجود دارد و قابليت ارتقاء يا تنزل دارد، به اين معنا كه انسان هرچه بيشتر فعاليت‌هاي ذهني را پرورش دهد، مي‌تواند ضريب هوشي خود را بهبود بخشد و هرچه كمتر از ذهن خود استفاده نمايد، اين قابليت كمرنگ‌تر و بي‌اثرتر مي‌شود. در اين بين، هوش از تنوع و گوناگوني زيادي برخوردار است: هوش تحليلي، فرهنگي، معنوي، تجاري، منطقي، هيجاني، موسيقيايي، فضايي، تصويري، از مهمترين اين دسته‌بندي‌ها به‌شمار مي‌آيند. پس اينكه اغلب مردم، فردي را به‌عنوان باهوش يا كم‌هوش خطاب مي‌كنند، معمولا قضاوتي نادرست است و بايد ضريب هوش افراد در حوزه‌هاي مختلف آزمايش گردد و سپس ضريب هوش عمومي شاخص، مورد قضاوت قرار گيرد.
هوش، یکی از جذاب‌ترین و جالب‌توجه‌ترین فرایند‌های روانی است که جلوه‌های آن در موجودات مختلف به‌میزان متفاوت مشاهده می‌شود. واژة هوش، کیفیت پدیده‌ای را بیان می‌کند که دارای حالت انتزاعی بوده و قابل رویت نیست و به‌علت دارا بودن چنین ماهيتي، در ارائه يك تعریف كامل از هوش، اختلاف نظر زيادي وجود دارد.
در برخي موارد بين علوم روباتيك و مكاترونيك همپوشاني‌هايي مانند يكپارچگي در طراحي وجود دارد، اما بايد توجه داشت كه ورودي سیستم‌های مکاترونیکی از قبل فراهم شده است، در حالی‌که سیستم‌های روباتیکی باید خودشان ورودی‌ها را از محیط دریافت و تامين نمایند، درواقع سیستم‌های روباتیک دارای حسگرهایی هستند که از محیط، اطلاعات را کسب مي‌کنند، ولی سیستم‌های مکاترونیکی نسبت به محیط بی‌تفاوت هستند. همچنين سیستم‌های مکاترونیکی خودکار هستند، در حالی‌که سیستم‌های روباتیکی خودمختار هستند و درنهايت، سیستم‌های روباتیکی نیازی به حضور مستمر انسان‌ها براي تفکر و محاسبات ندارند، در حالی‌كه سیستم‌های مکاترونیکی، نیازمند تفکر انسان‌ها از قبل یا حتي همزمان با فعاليت می‌باشند. به‌همين دليل ما نيز موضوعِ هوش را صرفا در علم روباتيك مد نظر قرار خواهيم داد.
هوش روباتيك، مجموعه‌اي از تركيب و تحليل‌هاي مختلف تكنيك‌هاي هوش مصنوعي است كه اتخاذ تصميمات خبرة فازي را ميسر مي‌كند و هرچقدر اين گوناگوني بيشتر شود، استنتاج‌هاي منطقي بيشتر مي‌شود و رفتارهاي هوشمندانه ماشين، به انسان شبيه‌تر خواهد شد، برهمين اساس، ميان هوش مصنوعي و هوش روباتيك تفاوت وجود دارد. چراكه در هوش روباتيك با تركيب كردن چندين تكنيك هوش مصنوعي در يك سمبل فازي خاص، بدنبال افزايش ضريب هوشي ماشين هستيم تا ميزان شباهت بيشتري با انسان پيدا كند. دانشمندان براين باورند كه تا سي سال آينده، هوش روبات‌ها از انسان‌ها فراتر خواهد رفت، البته اين موضوع در قالب يك جملة مطلق قابل قبول نمي‌باشد، چراكه مغز انسان‌ها از توانايي‌هاي فيزيكي و متافيزيكي بطور توامان بهره مي‌برد و فعل و انفعالات بيوشيميايي و الكترومغناطيسي در يك لحظه مي‌توانند منجر به بروز تغييرات خاصي در ساختارهاي ذهني شوند، در حاليكه پيشرفته‌ترين روبات‌ها، فقط مي‌توانند از جريان‌هاي الكتريسيته موجود در حافظه‌هاي خود بهره‌مند باشند، بنابراين فقط مي‌توانند بُعد مادي و فيزيكي را پوشش دهند اما با وجود اين محدوديت، پيشرفت‌هاي روباتيك از حيث هوشمندي، بسيار قابل توجه و چشم‌گير شده است.
ساختار تركيبي هوش روباتيك
ساختار تركيبي هوش روباتيك، به يك روبات اين امكان را مي‌دهد كه بتواند مطابق شكل شماره يك، از پنج طريق به ارتقاء توان هوشي خود جهت حل مسائل بپردازد.
شكل شماره يك: روش‌هاي پشتيباني از حافظه روبات
روبات‌ها معمولا از حافظه‌ها و پردازشگرهاي بسيار قدرتمندي استفاده مي‌كنند و قادرند با معماري مناسب به جمع‌آوري و فراخواني اطلاعات مورد نياز پردازنده و تحليل موضوع بپردازند، ضمنا آنها ممكن است توانايي خوديادگيري نيز داشته باشند يعني مجهز به استراتژي تكاملي در يك زمينه خاص باشند و از پردازش اطلاعات جديد به كسب تجربياتي برسند كه در مراحل بعدي تصميم‌گيري، از اين تجربيات استفاده نمايند، اما گاهي اطلاعات موجود در حافظه بدليل محدوديت‌هاي حجمي، براي تحليل يك موضوع كفايت نمي‌كند، لذا روبات‌ها مي‌توانند به جمع‌آوري اطلاعات مورد نياز از طريق ساير پايگاه داده‌ها و يا حتي پايگاه‌هاي هوشمندي مانند مخزن آنتولوژي نيز به افزايش توان خود بپردازند.
اتصال روبات به اينترنت و استفاده از دانش عمومي براي يك موضوع نيز يكي از گزينه‌ها است، دراين خصوص ابزارهاي تدافعي مناسبي براي حفظ سلامت حافظه روبات تعبيه شده است تا بدافزارها نتوانند به حافظة اصلي روبات راه يابند. گاهي ممكن است يك انسان بصورت ريموت، اطلاعات بيشتر را براي روبات ارسال نمايد و يا حتي انجام برخي از فرايندهاي پردازشي را به‌عهده بگيرد و گاهي نيز لازم است تا انسان و روبات به‌صورت كاملا جدي، درخصوص يك موضوع، تبادل نظر كنند تا از طريق بازخوردهاي مذاكره، بتوانند قسمت‌هاي مبهم پازل ذهني خود را تكميل نمايند. نهايتا به مجموعة اين روش‌ها با رعايت الگوي هدف‌گرا، ساختار تركيبي هوش روباتيك گفته مي‌شود. همانطور كه در شكل شمارة دو ملاحظه مي‌گردد، با پيشرفت علوم روباتيك و ظهور محصولات جديد در نسل‌هاي متعدد امروز بايد منتظر روبات‌هايي با توانايي‌هاي زيادي مشابه انسان بود، در همين اثنا، محققان دانشگاه ايالت ميشيگان آمريكا (MSU) بر روي روباتي با فناوري هوش مصنوعي در حال كار هستند كه قادر مي‌باشد، فكر كند و از تجربياتش بياموزد. درست مانند يك كودك.
شكل شماره دو: رشد فناوري و پيدايش روبات‌ها
با توجه به شكل بالا، مي‌توان چنين استنباط نمود كه هر نوع پيشرفتي در علوم مختلف، مي‌تواند موجب گسترده‌تر شدن مرزهاي علوم روباتيك نيز گردد. چنانچه علوم فيزيك و شيمي بتوانند به اختراع يا كشف آلياژ يا مواد جديدي برسند، روبات‌ها نيز مي‌توانند بدنه مقاوم‌تر، سبكتر يا متفاوت‌تري داشته باشند، تاجائيكه در علوم پزشكي نانوروبات‌ها بتوانند در رگ‌هاي انسان حركت كنند و قبل از بروز يك بيماري، نسبت به رفع زمينه‌هاي رشد آن اقدام كنند، اين موضوع براي ساير علوم نيز مصداق دارد.
روبات‌ها مي‌توانند با اطلاعات دريافتي محيط از طريق دوربين، حسگر يا گذرگاه‌هاي اطلاعاتي، فعاليت و تصميمات خود را با انطباق زياد با محيط انجام دهند، مانند روبات Dav كه به يك جفت دوربين و يك ميكروفن به‌همراه پردازندة صوت به‌عنوان چشم و گوش مجهز است و قدرت تشخيص حركت و حسگرهاي حرارتي اين روبات به‌صورت عجيبي به توانايي‌هاي انسان نزديك مي‌باشد، اما مسئله پردازش و اتخاذ تصميمات دقيق و درست، موضوعي متفاوت است. دراين‌راستا روبات‌هاي بي‌شماري توليد شده‌اند كه توانايي انجام فعاليت‌هاي پزشكي، فضانوردي و مهندسي، پرستاري و ميزباني و تحليلي را به‌عهده دارند و آنچه آنها را از يكديگر متمايز مي‌سازد، ضريب هوش روباتيك آنها در تصميم‌گيري‌ها مي‌باشد كه از طريق الگوريتم‌ها و ترسيم ماتريس‌هاي تصميم با تكنيك‌هايي مانند روش ويكور[۲] فازي يا TOPSIS با هدف حل مسائل تصمیم‌گیری چندمعیاره و يا اولويت‌بندي براساس شباهت به راه حل ايده‌آل وابسته به شرايط و اطلاعات، از ساير مدل‌هاي جبراني و غيرجبراني استفاده مي‌شود.
اين موضوع در انسان‌ها نيز صادق است، اما روش‌هاي اندازه‌گيري و سنجش هوش انساني با هوش روباتيك كاملا متفاوت است چراكه فعلا هوش روباتيك، صرفا محدود به برخي از موارد فيزيكي است و از درك احساسات، حواس، تخيل و ادراك عاجز است، بدين‌ترتيب شین لگ و مارکوس هاتر در موسسه سوئیسی تحقیقات، درباره هوش مصنوعی آزمون‌هايي برای سنجش هوش سیستم‌های هوشمند از طريق برقراري ارتباط كلامي انسان با روبات پیشنهاد کرده‌اند که می‌تواند هوش انواع مختلف این سیستم‌ها از قبيل سیستم‌های رویت کامپیوتری، روبات‌ها، سیستم‌های پردازش زبان طبیعی، یا سیستم‌هایی که در امور تجاری مورد استفاده دارند، را با یکدیگر مقایسه کند. لذا هوش روبات‌ها بر اساس توانايي آنها در محيط‌هاي خاص و براي يك هدف كاملا مشخص قابل اندازه‌گيري است، در حاليكه هوش انساني با ابعاد گسترده‌تر و شرايط متنوع‌تري، قابل ارزيابي مي‌باشد. بطور مثال ممكن است انساني با ضريب هوش بسيار بالا در منطق و رياضي، توانايي هوشي پاييني در هوش كلامي داشته باشد، بنابراين نمي‌توان به‌سادگي راجع به انسان نظر قطعي داد. دانشمندان در تلاش هستند براي روبات‌ها نيز چندين معيار هوش را برقرار نمايند تا در موارد بيشتري، مانند انسان‌ها عمل كنند. مثلا هوش حركتي، كلامي و منطقي به‌صورت توامان در يك سيستم روباتيك وجود داشته باشد. هرچه تعداد اين سيستم‌هاي هوشي در يك روبات بيشتر وجود داشته باشد، آن روبات از درجه هوشمندي بالاتري برخوردار مي‌باشد.
مغز انسان به‌دليل ويژگي‌هاي منحصر بفرد بيوشيميايي مي‌تواند بيش از دو و نيم پتابايت (۲۵۰۰ ترابايت) اطلاعات را در خود نگهداري كند و آنها را در كسري از ثانيه مورد پردازش قرار دهد، لذا طراحان سيستم‌هاي هوش روباتيك، در تلاشند تا بتوانند از تكنيك‌هاي جديدتري براي نگهداري اطلاعات در حافظه استفاده نمايند. بنابراين همانطور كه روبات ديپ بلو[۳] متعلق به شركت IBM با توان پردازشي ۲۰۰ ميليون وضعيت در ثانيه، در سال ۱۹۹۷ گری کاسپاروف، قهرمان شطرنج حرفه‌اي جهان را شكست داد، در آينده نيز احتمال دارد تيم فوتبال از تيم روبات‌هاي فوتباليست كه از تكنيك‌هاي جديد هوش روباتيك استفاده مي‌كنند، شكست بخورد. اما به‌ياد داشته باشيد اين شكست فقط در يك حوزه و شرايط خاص براي انسان متصور مي‌باشد زيرا هنوز چهارمین ابَرکامپیوتر دنیا در ژاپن، با حدود ۱٫۴ میلیون گیگابایت حافظه و ۷۰۵,۰۲۴ هسته پردازنده، مدت ۴۰ دقیقه وقت لازم دارد تا تنها یک ثانیه از فعالیت مغز انسان را مدل‌سازی کند. چراكه مغز داراي توان و ظرفيت پردازش ۱۰۰ تريلون دستورالعمل در ثانيه را دارا مي‌باشد و نورون‌هاي سيستم عصبي، سيگنال‌هاي الكترونيكي خود را به‌كمك يك سيستم سه‌تايي، صفر، يك و منفي‌يك مخابره مي‌كنند، لذا سيگنال‌ها مي‌توانند با يكديگر هم‌افزا شوند و يا اثر يكديگر را خنثي كنند، اما روبات‌ها از سيستم دودويي صفر و يك استفاده مي‌كند. از طرفي ديگر كاملا مسلم است كه انسان‌ها با اطلاعات، به دانش مي‌رسند و با تحليل و ارتقاء سطح دانش خود به سطحي از آگاهي دست پيدا مي‌كنند كه مي‌تواند خِرد را به ارمغان داشته باشد، درحالي‌كه پيشرفته‌ترين روبات‌هاي خلاق، فقط مي‌توانند با استفاده از داده، اطلاعات و سطح مصنوعي از دانش، موجب رشد و توسعه مرز يك دانش خاص با ابعاد محدود شوند، چراكه عقل و خِرد، صرفا از اعماق متن زندگي و درك حواشي و ابعاد فيزيكي و معنوي آن حادث مي‌گردد و روبات‌ها از نعمت زندگي به معناي واقعي آن، محروم هستند و هرگز نمي‌توانند به تعالي حقيقت انساني دست پيدا نمايند.
[۱] amin@oitc.ir
[۲] VIKOR
[۳] Deep Blue
