Grandiózní výzvy pro dlouhodobý výzkum v informatice Jiří Wiedermann Ústav informatiky AV ČR Částečně podporováno grantem 1ET

2 Jaké problémy máme na mysli  Důkaz Fermatovy věty (splněno)  Lidé na měsíci (splněno)  Léčba rakoviny (pracuje se na tom)  Přečtení genomu (splněno)  Podstata gravitace (pracuje se na tom)  Teorie všeho ve fyzice (pracuje se na tom)  Hilbertův program mechanizace matematiky (zlyhal v r – Goedlův důkaz nemožnosti)

3  Vyřešit P vs. NP problém (otevřeno)  Splnění Turingova testu (pracuje se na tom)  Verifikační kompilátor  Mistrovský šachový program (splněno)  Mistrovský GO program (pracuje se na něm)  Automatický překlad (pracuje se na tom) Příklady z informatiky

4  Pramení z vědecké zvědavosti ohledně základů, povahy a mezí vědecké discipliny  Entuziasticky ji podporuje celá vědecká komunita, i ta část, která se projektu neúčastní  Má mezinárodní rozměr, účast je věcí národní cti  Je srozumitelná, vzrušuje laickou i odbornou veřejnost křížem přes vědní disciplíny  Byla formulován dávněji, ale stále odolává  Jde dále, než se zdálo původně možné, vyžaduje vývoj nových technik a nástrojů  Vyžaduje řízenou spolupráci mezi jednotlivci, týmy, vědeckými školami  Stimuluje soutěž, a těží z ní, je zřejmé, kdo vyhrává a kdo ne  Vyžaduje spolupráci mezi teoretiky i praktiky  Dají se identifikovat podcíle, jejichž dosažení samo o sobě přináší vědecký či ekonomický prospěch dokonce i v případě, že zbytek projektu selže  Musí být zřejmé, zda byly cíle dosaženy, případně do jaké míry  Vede k radikální změně paradigmat, vymyká se užívaným postupům a znalostem  Na její řešení pravděpodobně nestačí komerčně motivovaný evoluční progres Všechna kriteria nemusí platit současně! Kriteria pro „grandiózní výzvy“ (dle T. Hoara):

5  Paralelní výpočty (Vishkin)  Porozumění (ne pouze výpočetní) samoorganizaci (Brooks)  Integrace informací (Ullman)  Důvěryhodné výpočty a komunikace  Zdánlivá přítomnost (telepresence) lidí na zemi i v planetárním systému (NASA)  Programovací prostředí  Uživatelsky přítulný Internet  Vše prostupující počítání (HP)  Molekulární elektronika (HP)  Přežívající bezdrátové ad hoc sítě  Sensorické bezdrátové sítě, monitorování jevů, sledování šíření katastrof Velké výzvy pro informatiku, CRA USA  E-Science Cyber Infrastructures  Autonomní počítače (IBM)  Distribuovaná inteligence na Internetu  Internet další generace  Makrosystémy  Počítačem řízený imunitní systém  Rozšířená realita pro všechny  Digitální genius  Výpočetní politika (rozpočtování versus volby) a žurnalistika  Petascale Computing  Jediný věčný, univerzální a všudypřítomný učící se program  Počítače a komunikace pro všechny  Kontextově-vědomé komunikace a výpočty

6 Výzvy pro UI, CMU

7 ftp://ftp.cordis.lu/pub/ist/docs/2004_grand_challenges_web_en.pdf Výzvy pro IT, dle EC 1.The 100% Safe Car 2.The Multilingual Companion 3.The Service Robot Companion 4.The Self-Repairing and Self-Monitoring Computer 5.The Internet Police Agent 6.The Disease and Treatment Simulator 7.The Augmented Personal Memory 8.The Pervasive Communication Jacket 9.The Personal Everywhere Visualiser 10.The Ultra-light Aerial Transport Agent 11.The Intelligent Retail Store

8  In Vivo - In Silico: the Virtual Worm, Weed and Bug  Science for Global Ubiquitous Computing  Memories for Life: Managing Information over a Human Lifetime  Scalable Ubiquitous Computing Systems  The Architecture of Brain and Mind  Dependable Software Evolution  Journeys in Non-classical Computation Velké výzvy pro informatiku, Velká Britanie

9 Ne-klasické výpočty Makroskopické výpočetní a komunikační systémy Global Ubiquitous computing Scalable ubiquitous computing Dependable System Evol. Jednotící pohled Memories for life in Vivo – in Silico Kognitivní počítačové a robotické systémy Umělý život a vtělené UŽ systémy Brain & Mind Architecture Journeys to Non-classic Computing

10 Ne-klasické výpočty  Neuronové sítě  Neuniformní interaktivní evoluční výpočty Internet, společenství živých organizmů  Molekulární výpočty Imunitní systémy  Kvantové výpočty Paralelismus na sekvenčním hardware  Relativistické výpočty Nekonečné výpočty v konečném čase

11 Singularita Vnitřní horizont Černá díra Padající pozorovatel Hyperpočítače: překonání turingovy bariéry Obíhající počítač Malament-Hogarthova událost Signál „Ano“ G. Etesi, I. Nemeti: Non-Turing computations via Malament-Hogarth space-times, Int. J. Theor. Phys. 41 (2002) Nekonečné výpočty v konečném čase Co lze a co nelze vypočítat je záležitostí fyziky

12 Makroskopické výpočty a komunikace  Fixní (ne-mobilní) sítě (Internet)  Bezdrátové sítě Ad hoc mobilní Sensorické imobilní Amorfní výpočty Celulární amorfní sítě

13 Umělý život  Vlastnosti života nezávislé na medii v němž existuje  V čem vězí rozdíl mezi živou a neživou hmotou  Vznik života (v umělém vesmíru)  Mechanismus evoluce  Existuje neomezený evoluční růst složitosti?

14 Program 1 Program 2 Empty Program 1 Empty Příklad: autopoietický automat Existuje umělý vesmír, ve kterém lze realizovat autopoietické automaty s vlastnostmi: Neomezený nárůst složitosti Nerozhodnutelnost udržitelné evoluce

15 Kognitivní systémy Nástin neurální architektury kognitivního agenta kogitoid Senzomoto- rické orgány Zrcadlové neurony Motorické příkazy Motorické příkazy emoce Exterocepce + prorpriocepce + pocity emoce Multimodální informace Standardní „on-line“ režim

16 Schéma myšlení kognitivního agenta kogitoid Zrcadlové neurony Motorické příkazy Multimodální informace Základ myšlení: „vypnutí“ percepce potlačení realizace motoriky zrcadlové neurony doplní motorické instrukce percepcí z naučené zkušenosti Agent funguje podobně jako předtím, avšak zpracovává „virtuální“ data, funguje v „off-line“ režimu, je virtuálně situovaný

17 motorika Multimodální informace percepce Zrcadlové neurony cogitoid Wiedermann 2004 Spárování mysli a těla v humanoidním kognitivním agentu

18 Od vrozených reflexů k intencionalitě přes emoce či afekty „Ukotvení“ elementárních akcí v kontextu a senzomotorice Rozlišení mezi sebou a jinými (self), imitace elementárních akcí Imitace posloupností akcí pomocí učení Počátky komunikace prostřednictvím „body language“, pomocí „čtení mysli“ a empatie Přidávání vokalizace a její asociace s motorikou posunků, později s motorikou (vlastních) mluvidel Rozvoj „slovníku“ porozumění a „přístupu“ do něj prostřednictvím slov (jakoby nárůst počtu senzorů) Evoluční rovnováha mezi nárůstem množství rozlišovaných slovních podnětů a velikostí mozku Přímá aktivace konceptů prostřednictvím slov Počátky myšlení: nejprve hlasité „mluvení k sobě“, později převažují pohyby mluvidel, ale postupně význam pohybů klesá; příkazy k vyslovování jsou přímo asociovány s „významy“ slov Myšlení jako „utlumené“ senzomotorické akce Evoluční rozvoj mentálních schopností

19 „Vědomí je obrovský kufr, který obsahuje snad 40 až 50 různých mechanismů, které jsou složitými interakcemi propojeny do jedné rozsáhlé sítě“ Marvin Minsky, „otec“ umělé inteligence: Pokus o současnou definici: oSchopnost přemýšlet o minulých, současných i očekávaných událostech, prožitcích a motorických aktivitách (svých či ostatních agentů), popsat je ve vysoko-úrovňovém, „tělově – nezávislém“ jazyku, a také „realizovat“ tento popis oPopsat v jazyku pozorované akce či okolí, vysvětlit je, napodobit je, vysvětlit následky nějakých akcí Test na vědomí <> Turingův test

20 Formulace a šíření grandiózních vědeckých výzev urychluje rozvoj vědy tím, že se úsilí soustřeďuje především na revoluční nežli evoluční posun základního poznání a navazujících technologií. Jaký je smysl podobných iniciativ