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Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06

Übersicht unit 5: Embodied Action

I Standortbestimmung: 1-2 Phase cogsci

II

III

IV

Embodied AI: New Robotics

Entwicklungspsychologie

Conclusion and Discussion


Erklärungsprinzip der cogsci: Das Modell

psychologisches Experiment

(linguistic data,neurological evidence...)

Input

Output

generiert durchProgramm

(qualitativ oderquantitativ)



(linguistic data,neurological evidence...)

Input

Output

„Lernen“

Rep

Regeln

Wissen

if payoff > 1then do xelse do y




Input

Output

„Lernen“

Rep

Regeln

Wissen

• Programm modelliert performance

• Schlüsse des Programm sind selbst aufgrund eines Modells

• „Modell von Modellierfähigkeit“

• + Experiment selbst idealisiert „Modell“



Erklärung oder Beschreibung?

• Programm entspricht psychologischer Theorie

• exakt formuliert nachvollziehbar & vergleichbar

Vorteile

aber:


Modelle als Werkzeuge

Welt Mind

Geometrie PSS

direkter Zugangzu fundamentalenStrukturen


alternative Modellealternative Geometrien

scriptsschemasmotor programs...

Modelle als Werkzeuge


state of the art: David Marr‘s Erklärungssystem

Computational Level

AlgorithmicLevel

Implementational Level

I II III

Input

Output

• Problemstellung unabhängig von Organismus

• prinzipiell lösbar?

• optimale Lösung?

• Lösungsstrategie

• konkrete Transformation:

Input Output • Implementierung der Algorithmen

(urspr. Marrs Ausgangspunkt)


Computational Level

AlgorithmicLevel


I II III

• Computational Level: formale Problemstellung

• Level II: nimmt „Schachproblematik“ ernst

Anspruch von Allgemeinheit

Pragmatik: mögliche Umsetzungen

• Neuroscience: Inspiration & zusätzliche constraints

mehr als Fehlerkurven modellieren



Computational Level

AlgorithmicLevel


I II III

• 3 Level hängen offensichtlich zusammen

& sollten letztendlich alle behandelt werden(≠ klassischer Kognitivismus)

• Problem sollte auf der richtigen Ebene behandelt werden

Kritik an klassischer AI



Computational Level

AlgorithmicLevel


I II III

• Probleme bei denen Menschen auch gut sind...

• Vermischung von Levels:

Was ist das Problem? mögliche Lösungen?

basiert letztlich auf Analogie Block für SHRLDU Block für uns



Das Erklärungsstrategie der cogsci

• no cognition without representation

• eigener Zugang zu Denken Fühlen Handeln

• eigenständig aber kompatibel mit anderen NaWis

Arbeitsteilung mit Physik, Chemie, Biologie

• Repräsentationalismus ist gemeinsame Sprache

• ermöglicht gemeinsames arbeiten am großen Projekt


Kritik der 3. Generation

• „zu abstrakt, „zu weit weg / nicht von dieser Welt“

• „unflexibel, begrenzt und stur“

• ≠ Mensch: schon als Baby in der Welt (& schon als „Kieferfisch“ im Ozean)

Beispiele von embodied approaches:aus Robotik & Entwicklungspsychologie

kein Verständnis: symbol grounding problem

Wann ist welches Wissen relevant? frame problem



1. Der klassische Ansatz

current state

goals

work backwards from goal

means-ends anaylsis solution


processing

world model

encode input

plan

implement plan


processing

world model

encode input

plan

update worldmodel

implement plancorrect errors / noise


Whegs movie: insect gait

What is the role of intelligence in moving?

2. Ein mechanischer Ansatz


Objekterkennung / Kategorisierung


alles in den Beinenalles im Kopf

Optimierung ohne Intelligenz!

• mit Sensorik, die einem durch den Kopf gehen kann


Gantry robot (Sussex, late eigthies)


Harvey et al. 1997

Husbands et al. 1997




• enorme Sensorschwankungen sogar in dieser extrem kontrollieren Umwelt

• 64 x 64 greyscale camera

• helle Kanten in der Dunkelheit

• langsame Steigerung der Komplexität der Aufgaben vorwärts fahren Annähern an Objekte Bevorzugen eines Objekts gegenüber anderen


Hat der Roboter eine Repräsentation / template von ?

• lange Antwort: nicht unabhängig von Motorik / Sensorik / Kontext

perceptual guidance of action Invarianzen in Schleifen


• kurze Antwort: nein.

Embodied Action Grundkonzepte der Cogsci 5 16.05.06 Brooks 1986

Rodney Brooks Subsumption Architecture

• jedes dieser Module ist ein extrem simpler controller

• Module kommunizieren minimal (außer über die Umwelt)

• Module inhibieren sich gegenseitig (Hierarchie)


New Robotics: Representation?



• Wie weit kommt man mit dem Ansatz?

Komplexität steigt exponentiell mit Modulen...

• Problemstellung eines layers (Marr 1st level) ist abhängig

• von der Umwelt

• von den anderen Layern

• von der Interaktion mit allem...



Infant walking

• 0-2 Monate (!) (gestützt)

• ~ 12 Monate (selbständig)

Adolph 2002, Thelen & Smith 1994

• regressive Entwicklung (U-shaped learning curve)

braucht es überhaupt Köpfchen zum Gehen?


McGeer‘s passive dynamic walker


active walking

• Bänder als Federn

• Dehnung der Achillessehnen

• sogar kopflose Wirbeltiere können laufen (i.a.)

• Gehen mit Köpfen: feinsinnige Modulation von komplexen dynamischen System (Biomechanik des Muskel- und Skelettapparats & Umwelt)



2-12 Monate alte Babies sind zu schwerfür ihre Beinmuskeln...

• in Minuten, da unsere Muskeln höchst variabel reagieren, etc...

• Entwicklung (motorisches) Lernen

• Reflexautomatik? Kognition?


Kategorisierung & Generalisierung

The Ramp & the importance of being nice to babies



Several important and surprising findings have resulted from this work.

First, infants acquire an immense quantity of experience with balance and locomotion (e.g., a typical toddler travels more than 39 football fields/day, and accumulates an average of 15 falls/hr).

Second, the duration of infants’ experience has tremendous predictive power, explaining significant portions of variance in developmental changes above and beyond that explained by infants’ body dimensions and chronological age.

Third, learning from everyday experience is specific to each perception-action system in development. That is, sitting, crawling, cruising, and walking show separate learning curves, even for responses in the same tasks.[...]

http://www.psych.nyu.edu/adolph/research1.shtml



• abstraktes Wissen: biomechanisch gesehen

• welche Aspekte können generalisiert werden?

• wie „abstrakt“ (universell anwendbar) ist unser Wissen?

Wissenschaft nicht repräsentativ... selbst Wissenschaft zweckgebunden...

• Modellierung: komplexe dynamische Systeme

Variabilität, Regularität & Entwicklung

zeitlich kontinuierlich


Modellierung mit dynamischen Systemen

Entw

icklung


control modelcomputation model

input outputcomputation

sense think act

What we have is a circuit, not an arc or broken segment of a circle. This circuit is more truly termed organic than reflex, because the motor response determines the stimulus, just as truly as sensory stimulus determines movement.

(Dewey, 1896, p. 363)

The whole neural organism, it will be remembered, is, physiologically considered, but a machine for converting stimuli into reactions

(James, 1890, p. 372).

IV Conclusions & Discussion



classical approach embodied approach

Gegenstand

Kognition.

wird inferiert aus ziel-gerichtetem Verhalten

Outputplan

CogInput

zielgerichtetes Verhalten

Sensorik

Motorik




Rolle von Kognition

• notwendig für intelligentes Verhalten

• wird als Lösung für formale Probleme verstanden (unabhängig von Implementierung)

• nur als letztes Mittel

• muss auf sensomotorische Schleifen abgestimmt sein

• Problemstellung hängt sehr wohl vom Körper ab




Konzept von Kognition

computation model

input outputcomputation

sense think actSensorik

Motorik

Gedächtnis,Pläne, etc.

control model

• inteveniert zwischen Wahrnehmung & Handlung

• diskrete Planungschritte • moduliert action-perception




Erklärungsstrategie

• allgemeine Formulierung von Problemlösungs- mechanismen

• Intelligenz unabhängig vom Körper verstehen

• verkörperte Intelligenz untersuchen

• allgemeine Werkzeuge für den Umgang mit komplexen Systemen zu finden




Beispiel: Vorstellung

• action-perception control loops „im Leerlauf“

• formales Planen




Beispiel: Sprache

• formales System

• Bedeutung: propositional

• Effekt von Sprache auf körperliche Verfassung

• Bedeutung: grounding in perception action

• Syntax (Grammatik)

• Wissensbasis, Weltwissen explizieren

• Beispiel: kognitive Linguistik



• embodied critique of the classical approach

embodiment untergräbt Kognitivismus

Problem: Was ist eigentlich Kognition?

Problem: Interdisziplinäres Modell

Representation has been the central issue in artificial intelligence work over the last 15 years only because it has provided an interface between otherwise isolated modules and conference papers (Brooks 1991)



• Gegenkritik

Programm ist stark genug um Probleme zu lösen

scaling problem

wird Repräsentation wieder einführen müssen...

unerklärlicher Rückfall zum evil behaviorism (throwing out the baby with the bathwater)

nur manche Aspekte müssen geändert werden



• Wie geht‘s weiter?

Embodied action

Kognitivismus steht an seinen Grenzen

Integration von Aspekten von Embodiment

constraints on cognition

verschiedenste Alternativen, im Fluss

Traditional cognitive science

embodied actiongrundkonzepte der cogsci 5 16.05.06 Übersicht unit 5: embodied action i...

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