Поняття про штучний інтелект, інтернет речей, Smart-технології та технології колективного інтелекту

Основні поняття штучного інтелекту

Штучний інтелект (artificial intelligence) – один з розділів інформатики, в межах якого ставляться і вирішуються задачі апаратного і програмного моделювання тих видів людської діяльності, які традиційно вважаються інтелектуальними (творчими).

Сучасні інтелектуальні інформаційні технології – це технології обробки інформації і вирішення задач за допомогою комп’ютерів, спираючись на досягнення в галузі штучного інтелекту.

Результати досліджень по штучному інтелекту використовуються в інтелектуальних системах (ИС) – технічних і програмних системах, які здатні вирішувати задачі, що вважаються творчими і належать конкретній предметній галузі. Знання з даної предметної галузі зберігаються в пам’яті інтелектуальної системи. Системи штучного інтелекту складаються з трьох основних блоків: бази знань, модуляторі і інтелектуального інтерфейсу. Типовим представником систем штучного інтелекту є експертні системи.

В дослідженнях по штучному інтелекту можна виділити два основні напрямки:

1. Програмно-прагматичний („не має значення як побудований „мислячий” пристрій, головне, щоб на задані вихідні дії воно реагувало, як людський мозок). Цей напрямок займається створенням програм, за допомогою яких можна вирішувати задачі пошуку, класифікації, розпізнавання, логічні, ігрові тощо.

2. Біонічний („єдиний об’єкт, що здатний мислити – людський мозок, тому будь-який „мислячий” пристрій має відтворювати його структуру). Цей підхід займається проблемами штучного відтворення тих структур і процесів, які властиві людському мозку і полягають в основі процесу вирішення задач людиною.

Традиційним (класичним) прийнято вважати програмно-прагматичний напрямок, коли розглядається лише кінцевий результат рішення задачі. В рамках біонічного підходу до проблеми штучного інтелекту сформувалася нова наука – нейроінформатика, практичним результатом якої є розробка нейрокомп’ютера – обчислювальної машини VI покоління.

Суттєвий прорив в практичному застосуванні штучного інтелекту відбувся в середині 70-х років ХХ сторіччя, коли на зміну пошукам універсального алгоритму мислення прийшла ідея моделювати конкретні знання спеціалістів-експертів. В США з’явилися перші комерційні системи, засновані на знаннях – експертні системи. Сформувався новий підхід до рішення інтелектуальних задач – представлення і використання знань.

Категорії штучного інтелекту

• Обмежений, або вузький (ANI, Artificial Narrow Intelligence) — спеціалізується в одній конкретній області.

• Загальний, або широкий (AGI, Artificial General Intelligence) — може виконувати творчі завдання, притаманні людині

• Штучний суперінтелект (ASI, Artificial Superintelligence) - перевершує людський у всіх областях.

Наразі людство вже досить успішно застосовує вузький штучний інтелект.

Історія розвитку штучного інтелекту бере свій початок ще з філософських часів. Люди здавна досліджували свою власну природу та процес пізнання світу, розширюючи ці знання пізніше нейрофізіологами та психологами у вигляді ряду теорій щодо роботи людського мозку та мислення. Тоді і було сформовано гіпотезу про те, що створити розумного робота, з людським мисленням – можливо.

Як виникло поняття “штучного інтелекту”?

На саму можливість говорити про поняття «Штучний інтелект» величезний вплив справила поява механістичного матеріалізму, який починається з роботи Рене Декарта «Міркування про метод” (1637) і відразу слідом за цим роботи Томаса Гоббса «Людська природа». Рене Декарт припустив, що тварина – якийсь складний механізм, тим самим сформулювавши механистическую теорію.

Технологічними передумовами до виникнення науки ШІ стало те, що в 1623 році Вільгельм Шикард побудував першу механічну цифрову обчислювальну машину, за якою послідували машини Блеза Паскаля і Лейбніца. Лейбніц також був першим, хто описав сучасну двійкову систему числення, хоча до нього цією системою періодично захоплювалися багато великих вчених.

У XVIII столітті завдяки розвитку техніки і, в особливості, годинникових механізмів інтерес до подібних винаходів зріс ще сильніше. В середині 1750-х років австрійський винахідник Фрідріх фон Кнаус сконструював серію машин, які вміли писати пером досить довгі тексти.

Досягнення в механіці XIX століття сприяли новому поштовху винаходів в напрямку до сучасного розуміння штучного інтелекту. У 1830-х роках англійський математик Чарльз Беббідж придумав концепцію складного цифрового калькулятора – аналітичної машини, яка могла б розраховувати ходи для гри в шахи. У 1832 році С. Н. Корсаков представив принцип розробки наукових методів і пристроїв для посилення можливостей розуму і запропонував серію «інтелектуальних машин», в конструкції яких, вперше в історії інформатики, застосував перфоровані карти.

У 1910-1913 рр. Бертран Рассел і А. Н. Уайтхед опублікували роботу «Принципи математики», яка зробила революцію в формальній логіці. Уоррен Маккалок і Уолтер Піттс в 1943 опублікували роботу “A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activity”, що заклала основи поняття нейронних мереж.

З середини 30-х років минулого століття, з моменту публікації робіт Тьюринга, в яких обговорювалися проблеми створення пристроїв, здатних самостійно вирішувати різні складні завдання, до проблеми штучного інтелекту стали ставитися уважно у світовій науковій спільноті.

ТЬЮРИНГ ЗАПРОПОНУВАВ ВВАЖАТИ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЮ ТАКУ МАШИНУ, ЯКУ КОРИСТУВАЧ В ПРОЦЕСІ СПІЛКУВАННЯ З НЕЮ НЕ ЗМОЖЕ ВІДРІЗНИТИ ВІД ЛЮДИНИ.

У 1954 році американський дослідник Ньюелл вирішив написати програму для гри в шахи. До роботи були залучені аналітики корпорації RAND Corporation. До роботи також була залучена група голландських психологів під керівництвом Де Гроота, які вивчали стилі гри видатних шахістів. Через два роки спільної роботи цим колективом була створена мова програмування ІПЛ1 – перша символьна мова обробки списків, а незабаром була написана перша програма, яку можна віднести до досягнень в області штучного інтелекту. Це була програма «Логік-Теоретик», призначена для автоматичного доведення теорем в обчисленні висловів. Власне ж програма для гри в шахи була завершена в 1957 році. В її основі лежали так звані евристики – правила, що дозволяють зробити вибір при відсутності точних теоретичних підстав, і опису кінцевих цілей.

На сьогоднішній день дослідження в області штучного інтелекту ведуться в різних напрямках: моделювання міркувань, надбання знань, машинне навчання і автоматичне породження гіпотез, інтелектуальний аналіз даних і обробка образної інформації, підтримка прийняття рішень, управління процесами і системами, динамічні інтелектуальні системи, планування і т.д.

Активний розвиток ШІ відкриває нові перспективи для людства.

Штучний розум найкраще підходить для різного роду механічної діяльності. Безпечне вивчення космосу, глибин океану або земного ядра не підходить ні для людей ні для звичайних машин. Інтелект в свою чергу може підлаштуватися під ситуацію без загрози шкоди здоров’ю. Будь-які експерименти та випробування за допомогою штучного інтелекту будуть відбуватися куди швидше і дешевше, ніж це може зробити людина.

Зараз жодне виробництво світу не є повністю автоматичним, так як машина не здатна оцінити результат своїх дій. Штучний інтелект зможе не тільки без проблем керувати сотнями заводів по всьому світу, одночасно без зупинок і перерв, але ще і контролювати оцінку якості. Це дозволить в рази здешевити виробництво. Також можна буде налагодити роботу на шкідливих і небезпечних об’єктах, де велика смертність і травмонебезпечність.

Перспективним є розвиток штучних нейронних мереж.

Триває вдосконалення алгоритмів навчання і класифікації в масштабі реального часу, обробки мов, розпізнавання зображень, мови, сигналів, а також створення моделей інтелектуального інтерфейсу, що будуть підлаштовуватися під користувача. Серед основних прикладних завдань, що вирішуються за допомогою нейронних мереж, – фінансове прогнозування, здобування даних, діагностика систем, контроль за діяльністю мереж, шифрування даних.

Особливу зацікавленість у ШІ проявляють в останні роки компанії, що займаються організацією процесів розробки великих програмних систем (програмної інженерії). Методи ШІ все частіше використовуються для аналізу вихідних текстів і розуміння їхнього змісту, управління вимогами, виробленням специфікацій, проектування, кодогенераціі, верифікації, тестування, оцінки якості, виявлення можливості повторного використання, вирішення завдань на паралельних системах тощо.

Дуже важливими є розробки медичних систем, які консультують лікарів в екстрених ситуаціях, роботів-маніпуляторів для виконання точних дій в ході хірургічних операцій.

Традиційно високий інтерес до ШІ в середовищі розробників ігор і розважальних програм. Серед нових напрямків їх досліджень – моделювання соціальної поведінки, спілкування, людських емоцій, творчості у віртуальному світі.

Але разом з технологічним прогресом штучний інтелект може нести в собі реальні загрози.

Штучний інтелект – загроза людству?

У Стівена Хокінга, Білла Гейтса і Ілона Маска є дещо спільне – всі вони бояться апокаліпсису за участю ШІ. Це гіпотетичний сценарій, за яким штучний інтелект стає домінуючою формою життя на Землі.

Чи станеться апокаліпсис з ШІ – велике питання. Але вже зараз ШІ демонструє вміння навчатися не тому, для чого він був призначений. Роботи вчаться брехати і обманювати, починають віднімати у нас робочі місця (тільки в США понад 250 000 роботів виконують роботу, призначену для людей – а скільки їх буде в східних країнах, де виробляють 90% світової техніки?), роботизовані системи стають розумнішими за хакерів серед людей, стають все більш схожими на людей і починають розуміти нашу поведінку.

Навіть в наш час вже є приклади ситуацій, коли штучний інтелект виходить з-під людського контролю. Керівництво соціальної мережі Facebook змушене було відключити свою систему штучного інтелекту, після того як чат-боти почали спілкуватися на власній, неіснуючій мові, яку люди не змогли розшифрувати. В американських ЗМІ з’явилися уривки з “діалогів”, які вели між собою віртуальні співрозмовники (орфографія і пунктуація збережені):

Боб: Я можу можуЯЯ все інше.

Еліс: Кулі мають нуль для мене для мене для мене для мене для мене.

Випробувачі алгоритму схильні вважати, що фрази і навіть самі повторення представляли собою спроби ботів самостійно «зрозуміти» принципи спілкування.

Як пояснюють фахівці, боти не отримали безпосередньої інформації про структуру англомовних речень, тому програми спробували «імпровізувати». Так чи інакше, ботів, що вийшли з-під контролю було вирішено відключити, а решта в ході подальших експериментів змогли досить ефективно виконувати свою задачу – спілкуватися з людьми так, що багато хто з них навіть не запідозрили, що мають справу з штучним інтелектом.

Що таке «інтернет речей»?

Інтернет речей (Іnternet of Things – IoT) перетворює звичні для нас речі у нові пристрої, створюючи як розумні годинники, так і розумні міста.

Інтернет речей (англ. Internet of Things, IoT) — об'єднання будь-яких об'єктів (речей) в мережу для покращення їхньої функціональності.

Найкраща ілюстрація — система «розумного будинку», здатна самостійно підтримувати комфортну температуру, вологість та інші характеристики середовища. Спеціальні датчики дозволяють виміряти поточні показники, а далі система вмикає кондиціонер, термостат, зволожувач повітря або інші прилади — з потрібними налаштуваннями.

Історія

Автор терміну «Internet of Things» — «піонер технологій» Кевін Ештон. В кінці 1990-х Ештон вивчав RFID — радіочастотну ідентифікацію. Ця технологія дозволяє кріпити на предмети маленькі мітки, що містять важливу інформацію і дозволяють зчитувати її на відстані.

RFID-мітки можна побачити, приміром, на товарах в магазині. Це маленька наліпка або ж мітка в пластиковому корпусі. В будь-якій формі вона дозволяє, наприклад, запобігти крадіжкам: якщо товар з активною міткою наближуаться до сенсора, встановленого на виході, звучить сигнал тривоги.

У 1999 році Кевін Ештон, працюючи в компанії Procter & Gamble, запропонував своєму керівництву використовувати радіочастотні мітки, щоб створити покращену систему управління поставками. Пояснюючи ідею, він скористався терміном «інтернет речей».

Використання і перспективи

Концепція інтернету речей дуже широка. Немає чіткого списку приладів, для яких можна застосувати цей підхід. Це можуть бути побутові прилади: пральна машинка, якою можна керувати онлайн, або холодильник, що сам напише список продуктів і замовить доставку. Ще один варіант — гаджети, котрі можна носити: фітнес-трекери, «розумні» годинники. Також до інтернету речей відносять автомобілі та інший транспорт з системою автопілоту — такі, що можуть їздити без водія.

Гаджет може під'єднуватись до глобальної мережі Інтернет або ж «співпрацювати» з іншими приладами, що знаходяться поряд. Так виникають системи «розумного» будинку або ж цілого «розумного» міста.

Технології, що використовуються

Прилади, котрі можна віднести до інтернету речей, зазвичай мають чотири характерні технології: ідентифікатор, датчики, інструменти для зв'язку з іншими приладами та вбудований комп'ютер.

В якості ідентифікатора використовуються RFID-мітки, QR-коди (ті чорно-білі квадратики, що їх може зчитувати майже кожен сучасний телефон) або інші технології. Мітка дозволяє приладу мати своє «ім'я».

Датчики і сенсори потрібні, щоб отримувати інформацію з середовища. Приміром, так фітнес-трекер зчитує інформацію про пульс людини. Також прилади можуть отримувати інформацію від інших приладів та з мережі — за допомогою Bluetooth або WiFi.

І, нарешті, для обробки всіх отриманих даних і виконання програм використовується вбудований комп'ютер. Він може бути доволі складним — як той, що керує автопілотом в сучасному автомобілі — або ж зовсім примітивним.

Небезпеки і ризики

Найбільшим недоліком інтернету речей вважають низький рівень безпеки. Дуже часто такі прилади не мають жодних антивірусів чи навіть перевірки користувача. Під'єднання до інтернету — великий ризик. Хакери можуть отримати доступ до такого пристрою та вкрасти особисту інформацію.

Останнім часом експерти навіть говорять про «ботнети речей» (Botnets of Things). Оригінальне значення терміну «ботнет» — це мережа комп'ютерів, заражених вірусом. Вірус відстежує і передає хакерам всі введені паролі, фінансові та інші секретні дані. До того ж, комп'ютер в ботнеті інколи порівнюють з зомбі: після зараження він починає «кусати» і заражати інших.

Smart-технології в Україні і світі

Smart технології на сьогоднішній день вже не є новинкою. Вони стають невід’ємною частиною життя суспільства. Однак в Україні цей процес здійснюється зі значним відставанням від розвинутих країн. У зв’язку з недостатнім фінансуванням розробок і досліджень в галузі інтелектуальних систем на Україні, на світовому і вітчизняному ринку здобула велику популярність продукція компанії SMART – провідної компанії виробника smart-техніки і програмного забезпечення.

Одним з найбільш впроваджуваних її продуктів є інтерактивні дошки, які вже встановлені і успішно працюють у таких навчальних закладах як Oxford University, Barnier Public School, University of Ottawa, Stephen-Hawking-Schule Neckargemuend, Harvard University.

Проблема впровадження smart-технологій в Україні пов’язана з недостатнім розумінням перспектив і всіх можливостей продукції smart-технологій. Вирішенням даної проблеми може бути створення урядом стратегії розвитку smart-технологій, націленої на співробітництво з провідними компаніями даної галузі та виробництво вітчизняних аналогів згідно світових стандартів.

Підготовка кваліфікованих спеціалістів у галузі smart-технологій дозволить Україні конкурувати з іншими країнами та виробляти продукцію, яка використовуватиметься не тільки у навчанні, але і в інших сферах життя суспільства. Приділення достатньої уваги технологіям майбутнього і достатня матеріальна підтримка smart-технологій дозволить Україні стати на новий рівень розвитку.

Smart-місто

Колективний інтелект

Колекти́вний інтеле́кт (англ. Swarm intelligence) — термін, що описує комплексну колективну поведінку децентралізованої системи із самоорганізацією. Розглядається в теорії штучного інтелекту як метод оптимізації. Термін запровадили Херардо Бені й Ван Цзин у 1989 році у контексті системи клітинних роботів. Інколи колективний інтелект ще називають ройовим інтелектом.

Із точки зору інформатики колективний інтелект є предметом досліджень частини комп'ютерних наук, в якій проектуються та вивчаються ефективні числові методи розв'язання задач у спосіб, схожий з поведінкою «колективу» живих організмів. Досягнення в цій галузі, а це власне розроблені алгоритми, застосовуються перш за все в задачах комбінаторної оптимізації та для розв'язування задачі комівояжера.

Системи колективного інтелекту, як правило, складаються із множини агентів (багатоагентна система), що локально взаємодіють як між собою так із навколишнім середовищем. Самі агенти зазвичай досить прості, але всі разом, локально взаємодіючи, створюють так званий колективний інтелект. Прикладом у природі може служити колонія мурах, рій бджіл, зграя птахів, косяк риб.

Застосування

Методи колективного руху агентів у колонії використовуються при проектуванні систем координованої роботи роботів.

Розподілена взаємодія між агентами спонукала до створення декількох кластерних алгоритмів та алгоритмів упорядкування.

Моделі розподілу праці між агентами колонії були використані для регулювання спільної роботи робототехніки.

Використання

Дизайнери використовують технології рою як засіб створення складних інтерактивних систем і моделювання натовпу. «Розбиваючи лід» — був перший фільм, що використовував технології колективного інтелекту для візуалізації, реалістичного зображення руху груп риб і птахів із використанням Boids системи. Тім Бертон створив фільм «Бетмен повертається» також з використанням технології колективного інтелекту для демонстрації руху груп кажанів. У фільмі «Володар Кілець» використовували подібну технологію, відому як технологія масивів, під час батальних сцен. Такі технології є особливо привабливими, тому що використання колективного інтелекту — це дешевий, надійний і простий спосіб.

Авіакомпанії використовують теорію колективного інтелекту під час моделювання пасажирів перед посадкою в літак. Дослідник Дуглас Лоусон використовував мурах на основі комп'ютерного моделювання та визначив існування лише шести правил взаємодії пасажирів та спромігся оцінити час посадки з використанням різних методів посадки.

Програми

Колективний інтелект може бути використаний у цілому ряді програм. Збройні сили США використовують методи колективного інтелекту для управління безпілотними транспортними засобами. Європейське космічне агентство думає про «орбітальний рій» для самостійної збірки і інтерферометрії. NASA досліджує використання технології колективного інтелекту для створення планетарних карт. У 1992 році робота М. Anthony Lewis and George A. Bekey довела можливість використання розвідки роєм, за допомогою колективного інтелекту для контролю нанороботів у тілі з метою знищення ракових пухлин. Також колективний інтелект застосовується для інтелектуального аналізу даних.

Телекомунікації

Використання колективного інтелекту в телекомунікаційних мережах також досліджували, у вигляді основ мурашиної маршрутизації. Це було вперше відкрито Dorigo та Hewlett Packard в середині 1990-х років із низкою змін з тих пір. В основному це використання імовірнісних таблиць маршрутизації з використанням «нагородження» — зміцнення успішно пройденого маршруту кожної «мурашки» (невеликий пакет управління), який проходить у мережі. Посилення маршруту вперед, у зворотному напрямку, і обидва одночасно були досліджені. У зворотному напрямку зміцнення вимагає симетричної мережі і пар в обох напрямках разом. Мобільні засоби масової інформації і нові технології можуть змінити поріг для колективних дій у зв'язку з ростом інтелекту систем.

Авіація

Авіакомпанії використовували мурашину маршрутизацію в призначенні воріт для літака, що прибуває в аеропорт. В авіакомпанії Southwest програма використовує колективний інтелект, тобто теорію, що колонія мурашок працює краще, ніж поодинці. Кожен пілот працює як мураха в пошуках найкращих воріт в аеропорт. «Пілот вчиться на власному досвіді, що найкраще для нього, і виявляється, що це найкраще рішення для авіакомпанії» пояснює Дуглас Лоусон. У результаті роботи колонії, кожен пілот завжди прямує до вільних воріт.