Летом и осенью 2007 г. прошла очередная серия международных конференций и семинаров по искусственному интеллекту (Artificial Intelligence, AI). Обозреватели и сами участники этих мероприятий уже давно отмечают, что их тематика не сильно меняется от года к году и в сфере AI наметился явный застой (см. PC Week/RE, № 35/2007, с. 46). Отдельные прорывы связаны в основном с ростом производительности компьютеров, а не с оригинальными и эффективными алгоритмами — возможно, вследствие традиционного разрыва между математиками и прикладными разработчиками. Однако заметно повышается число исследований, связанных с робототехникой и такой смежной с нею темой, как искусственная жизнь.

AI-системы усложняются и становятся масштабнее

В июле в Вене состоялся первый европейский семинар “Искусственная жизнь и роботы”. На нем прозвучали не только типовые выступления на тему машинного восприятия окружающей среды и самообучения, но и рассказы о новых технологических подходах, прежде всего о grid-решениях, и использовании трехмерных многопользовательских миров в качестве полигонов для отладки персонажей с искусственным интеллектом. Активное участие в семинаре приняли ученые из азиатских стран, где робототехника сегодня на подъеме. Так, 138 японских роботопроизводителей, по оценкам объединяющей их национальной ассоциации, выпустят подобные устройства в 2007 г. на сумму 6,5 млрд. долл. — на 4,1% больше, нежели в 2006-м. Рекордный оборот роботов в триллион йен (8,5 млрд. долл.) будет достигнут в 2010-м, хотя на пятки японцам наступают конкуренты из Южной Кореи, Индии и Китая.

Тематика передовых AI-направлений обсуждалась и в Германии в рамках пятой ежегодной Школы по нейроинженирингу и нейро-ИТ, организованной Евросоюзом. На ней были сформулированы основные направления исследований на ближайшие годы:

- создание параллельных систем по биологическим моделям (нейроны мозга работают значительно медленнее, нежели современные многоядерные процессоры, однако их сети демонстрируют удивительную эффективность);

- проектирование сложных систем, действующих в реальном мире и использующих алгоритмы параллельной (“распределенной”) логики;

- организация двунаправленного интерфейса между мозгом и компьютером;

- эксперименты по проекту Factor-10 на стыке робототехники и технологий создания новых материалов. Планируется разработка эволюционно развивающихся искусственных существ, способных совершенствовать свое поведение на базе мультимодальной обратной связи с окружающим миром, адаптировать к нему структуру сенсоров и вырабатывать навыки успешного взаимодействия с внешними объектами. Экспериментаторы рассчитывают при этом обучить синтетические создания одновременному развитию и “мозга”, и “тела”;

- построение “сознательных” машин, способных отбирать из доступной информации важные элементы, необходимые для успешного “выживания”. Такие машины будут конструироваться из компонентов, которые сами по себе обладают определенным интеллектом;

- моделирование макроэволюционных изменений, создание средств автоматического проектирования “разумных” существ и систем многоуровневого взаимодействия гетерогенных агентов;

- разработка математических эволюционных моделей сложных адаптивных систем;

- создание компьютерного мозга. Пока, правда, не удается точно сымитировать работу нервной системы даже совсем простых животных, но главное, полагают ученые, — понять, почему примитивные существа с небольшой нейронной сетью проявляют столь высокие результаты в познавательной деятельности. Для этого, впрочем, придется состыковать немало научно-технологических наработок.

В России в этой сфере также ведется определенная деятельность: работает Ассоциация когнитивных исследований , а на следующий год запланировано провести в Москве Третью международную биеннале когнитивной науки.

Инструментарий для искусственной жизни

Искусственная жизнь — традиционно большая и многоплановая сфера AI-исследований. Под ней понимается как компьютерное и физическое моделирование существ, которые развиваются и взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой, так и создание искусственных биологических объектов. В сентябре в Лиссабоне прошла 9-я европейская конференция по искусственной жизни. Специалисты уже давно перешли от экспериментов с отдельными виртуальными существами к крупным проектам, в которых моделируются социальные сети и групповое поведение роботов, изучаются механизмы коллективного взаимодействия автономных существ и способы эффективной реализации сложных движений иерархически организованных робототехнических устройств. На конференции был представлен ряд прикладных решений. Например, коллектив английских, немецких и американских ученых создал систему Daisyworld — модель планетарного гомеостаза, демонстрирующую, каким образом на Земле поддерживается взаимодействие живых существ с природным окружением. А профессор Мартин Шут из Амстердамского университета активно пропагандирует тематику самоорганизующихся интеллектуальных систем, состоящих из миллиардов автономных агентов, которая хорошо применима к проектам управления группами роботов, распределения нагрузки в кластерах и т. д. Новые вычислительные возможности современных суперкомпьютеров открывают в этой сфере принципиально новые направления исследований. Ученый полагает, что главное — это решить, как подобные масштабные системы будут объединять самостоятельные независимые субъекты в задачах параллельной обработки больших объемов информации и достижения общих целей с одновременным повышением выигрыша каждого “индивидуума”. Актуальны также темы самооптимизации таких систем, адаптации к окружающей среде и защиты от вторжений извне.

Чтобы разобраться с подобными проблемами, надо, очевидно, иметь под рукой хорошую систему моделирования. Пока нет универсальной среды для изучения алгоритмов самоорганизации, однако уже сделаны существенные наработки в рамках других проектов, коими не грех воспользоваться и в новых исследованиях. Участники конференции рекомендовали обратить внимание на следующие общедоступные решения:

- NetLogo, среда моделирования природных и социальных процессов на базе языка “программируемых черепашек” Logo;

- Repast, Java-библиотека разработки мультиагентных систем;

- Swarm, еще один похожий пакет на базе языка Objective-C;

- Mason, Java-система для создания масштабных 2D- и 3D-симуляций.

От жизни искусственной к жизни естественной

Не прекращаются эксперименты по искусственному созданию естественной жизни. Марк Бедо, один из руководителей итальянской фирмы ProtoLife, уверен, что искусственно созданная живая клетка появится в промежутке 2010--2020 гг. Пока основными препятствиями на этом пути названы сложности с построением мембраны (оболочки) клетки, генетической системы, управляющей функциями клетки, и запуском метаболизма (процесса обмена веществ и получения энергии из внешней среды). Первые две проблемы будут решены уже в ближайшее время, в считанные месяцы, уверяет г-н Бедо, однако последние эксперименты в биоинформатике пока приносят противоречивые результаты. Так, в сентябре был расшифрован геном Крейга Вентера, основателя знаменитой в свое время компании Celera, активно продолжающего исследования по созданию синтетической жизни. Ранее, в рамках проекта “Геном человека”, уже была создана обобщенная модель, основанная на генах разных людей, однако после анализа конкретного генома выяснилось, что большое число участков генетического кода Вентера (около 4 млн. элементов) отличается от универсальной модели. В итоге ученые засомневались в классическом предназначения геномов — получается, что допустимые различия в геномах биологических объектов одного вида могут на порядок превышать общепринятые показатели, следовательно, информация о видовой принадлежности не передается только посредством генотипа, как считалось ранее, а многие признаки наследуются далеко не со 100%-ной вероятностью. С другой стороны, подобные различия позволят найти гены, ответственные за множество мелких индивидуальных особенностей конкретного человека. Сколько еще подобных загадок и противоречий выявят ИТ, предсказать трудно.

Вентер, сторонник частной собственности на био- и наноинформационные достижения, активно экспериментирует в биоинформатике на деньги коммерческих инвесторов, старательно защищая результаты исследований. На днях он запатентовал живую клетку с искусственно созданной ДНК, которая станет базовой платформой для построения искусственных одноклеточных существ самого разного назначения. Ученый намерен сформировать искусственную копию хромосомы бактерии Mycoplasma genitalium (381 ген), правда, “очищенной” от всего лишнего (более половины всех ДНК из нее убрано), и внедрить ее в живую клетку, получив таким образом синтетическую бактерию. Подобные существа смогут решать самые разные задачи — от подготовки съедобной биомассы до ликвидации вредных выбросов в атмосфере. Интересуются подобными проектами, конечно, и врачи, и военные. Интересно, что частные компании, действующие в данной сфере, организовали так называемое движение за молекулярные права — они требуют законодательного запрета (по аналогии с правами на цифровой контент) на клонирование молекулярных продуктов, составленных из наночастиц.

Серьезные игры

Но пока что самым массовым приложением наработок по искусственной жизни можно считать развлечения. Не теряют популярности игры в жанре тамагочи, а из недорогих коммерческих продуктов можно отметить уже много лет развивающийся игровой проект SimCity (модель развития города), который издается паблишером Electronic Arts с 1989 г. и продан общим числом 18 млн. копий. Разработчики игры совместно с сообществом SimCity Societies и топливно-нефтяным гигантом BP готовят новые версии симулятора, который сегодня превратился в полноценную систему моделирования крупных муниципальных образований с возможностью экспериментирования в режиме “что, если”. Так, в очередных версиях обещано подключение моделей глобального изменения климата, существенно детализированы социальные аспекты взаимодействия жителей друг с другом, а эксперты BP помогают с проработкой нюансов городского энергоснабжения.

Не обойдет искусственная жизнь и многопользовательские виртуальные миры, где наметилась позитивная тенденция к стандартизации. Так, компания LindenLab, разработчик мира Second Life, и корпорация IBM договорились о выработке общедоступной спецификации на виртуальные персонажи, которые сегодня успешно управляются не только человеком, но и компьютером; и в этой связи подобные площадки представляются прекрасным полигоном для экспериментов по взаимодействию людей и синтетических существ. Стандарт позволит одному и тому же персонажу без проблем переходить из одного компьютерного мира в другой. Правда, для этого потребуется ввести так называемый виртуальный паспорт — и как знать, не окажется ли он уже в недалеком будущем гораздо более важным в жизни, нежели обычное бумажное удостоверение личности.