werden maschinen den menschen ersetzen? Über die grenzen der künstlichen intelligenz

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH

Stuhlsatzenhausweg 3, Geb. 43.866123 Saarbrücken

Tel.: (0681) 302-5252/4162Fax: (0681) 302-5341

E-mail: [email protected]: http://www.dfki.de/~wahlster

Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Wolfgang Wahlster

Werden Maschinen den Menschen ersetzen?

Über die Grenzen der Künstlichen Intelligenz

24.11. 2001, Enkenbach

© W. WahlsterDFKI GmbH

KI, Kognitionswissenschaft und Intellektik

Die KI hat: ingenieurswissenschaftliche Ziele kognitionswissenschaftliche Ziele

KI

Ingenieurswissenschaften

Informatik

BiowissenschaftenPsychologie

PhilosophieLinguistik

Kognitions-wissenschaft


Kerngebiete und Anwendungsfelder der KI

Natürlich-sprachliche

Systeme

Natürlich-sprachliche

Systeme

Bild-verstehende

Systeme

Bild-verstehende

Systeme

Experten-systeme

Experten-systeme RobotikRobotik

Multi-AgentenSysteme

Multi-AgentenSysteme

IntelligenteTutorielleSysteme

IntelligenteTutorielleSysteme

IntelligenteHilfe-

systeme

IntelligenteHilfe-

systeme

IntelligenteBenutzer-

schnittstellen


schnittstellen

Subsymbolische VerarbeitungSignal-Symbol-Transformation

Wissensrepräsentation

Wissensverarbeitung- Suchen- Inferieren- Lernen

Wissensrepräsentation

KI-Programmiermethoden

KI-Programmiersprachen

KI-

Wer

kzeu

ge

KI-

Har

dw

are


Standort Kaiserslautern

DFKI GmbHErwin-Schrödinger-StraßeD-67608 Kaiserslautern

Tel.: 0631 205 3214Fax.:0631 205 3210

email:[email protected]

Standort Saarbrücken

DFKI GmbHStuhlsatzenhausweg 3D-66123 Saarbrücken

Tel.: 0681 302 5252Fax.: 0681 302 5341email: [email protected]

Die DFKI gem. GmbH hat zwei Standorte


Informations-Management

undDokument-

analyse

IntelligenteVisualisierungs-

undSimulations-

Systeme

Deduktions-und

Multiagenten-systeme


schnittstellen

Sprach-technologie

Die fünf Forschungsbereiche der DFKI gem. GmbH


Einsatzbereiche der KI

Banken/VersicherungenVerkehr/Logistik/Vertrieb

Organisation/Büro/Verwaltung

Banken/VersicherungenVerkehr/Logistik/Vertrieb

Organisation/Büro/Verwaltung

Industrielle ProduktionAutomatisierung/Robotik

Softwareproduktion,Militär, Nachrichtendienste

Industrielle ProduktionAutomatisierung/Robotik

Softwareproduktion,Militär, Nachrichtendienste

Telekommunikation/Fortbildung

Haustechnik/UnterhaltungMechatronik/

Service-Systeme

Telekommunikation/Fortbildung

Haustechnik/UnterhaltungMechatronik/

Service-Systeme

Medizin/GentechnikSicherheits- /Leittechnik

Umweltschutz/Landwirtschaft

Medizin/GentechnikSicherheits- /Leittechnik

Umweltschutz/Landwirtschaft

KIKI


Die Notwendigkeit hybrider KI-Systeme

Hybrides KI-System

Symbolische Ebene

- Semantische Netze

- Regelbasierte Verfahren

- Constraintbasierte Techniken

Subsymbolische Ebene

- Neuronale Netze

- Genetische Algorithmen

- Fuzzy Control

Fahrzeug gemäß Verkehrsregelnund Zielvorgabe lenken

wissensintensive höhere kognitiveProzesse mit Erklärungsmöglichkeit

weniger zeit- und störkritischeVerarbeitung

Fahrzeug gemäß Verkehrsregelnund Zielvorgabe lenken

wissensintensive höhere kognitiveProzesse mit Erklärungsmöglichkeit

weniger zeit- und störkritischeVerarbeitung

Beispiel: Autofahren

Fahrzeug auf der Fahrbahn halten

unbewußter senso-motorischerProzeß, keine Erklärungsmöglichkeit

sehr schnelle, robuste Verarbeitung

Fahrzeug auf der Fahrbahn halten

unbewußter senso-motorischerProzeß, keine Erklärungsmöglichkeit

sehr schnelle, robuste Verarbeitung


Autonome Service-Roboter mit aktiver Sensorik

Beispiel eines mehrgliederigen Kanalroboters der GMD


Biologische inspirierte autonome Roboter

Skorpionähmlicher Roboter mit Selbsterhaltungstriebdes AIS-Instituts der GMD (Prof. Christaller)


iRobot als physischer Avatar für den Massenmarkt

„hörender und sehender“ Stellvertreter, der alle erfassten Sensordaten online

über das Web dem Benutzer verfügbar macht

Autonome Bewegungsplanung mit Navigationssteuerung des Nutzers

über Internet-Verbindung

Durch Sprachübertragung, “Kopfbewegung“ und Position ist

eine Kommunikation mit menschlichen Partnern an entferntem Ort möglich

Anwendungen: Physischer Avatar bei Besichtigungen, Konferenzen, Führungen, Inspektionen...


Datenverarbeitung vs. Wissensverarbeitung am Beispiel Bahnauskunft

Bahn-kunde

Minderung der Dienstleistungsqualität bei Rationalisierung durch konventionellen DV-Einsatz

Informationssystem

Kurs-buch

Preis-liste

Bahn-kunde

Bahnbeamter mit

Klassische Auskunftssituation ggf. mit DV-Einsatz zur Unterstützung des Beraters

Handbuch oder DV-System

Kurs-buch

Preis-liste

Sprachlichem WissenKonzeptionellem WissenInferentiellem WissenPartnermodell

Bahn- kunde

Verveilfachung der Beratungskapazität ohne Qualitätsverlust bei der Dienstleitung durchdie Kombination von Wissens- und Datenverarbeitung

Wissensbasiertes System

Wissensbasis Datenbasis

Kurs-buch

Preis-liste

Sprachliches WissenKonzeptionelles WissenInferentielles WissenPartnermodell


Expertensysteme

Als Expertensysteme bezeichnet man KI-Systeme, die Expertenwissenund die darauf beruhenden Fähigkeiten maschinell verfügbar machen.

sondern auch Heuristiken Strategien Erfahrungswerte

die sich der Fachman nur durch eine langjährige praktische Tätigkeitaneignen kann.

KI-Systeme enthalten nicht nurdas aus Lehr- und Fachbüchern hervorgehendeWissen

KI-Systeme sind wissensbasierte Systeme, deren wesentlicheBestandteile eine Wissensbasis und eine Inferenzkomponente sind.


Warum XPS?

KI-Systeme

vervielfachen

das Wissen von menschlichen Experten

gesammeltes Expertenwissen

XPS


Wissenserwerbs-komponente

Wissenserwerbs-komponente

Erklärungs-komponente

Erklärungs-komponente

Dialog-komponente

Dialog-komponente

Inferenz-komponente

Inferenz-komponente

Planungs-komponente

Planungs-komponente

Benutzer/BearbeiterBenutzer/Bearbeiter

WissensbasisWissensbasis

Die Basisarchitektur von Expertensystemen


Fähigkeiten menschlicher Experten

(1) Schnelles Finden der Problemlösung (Performanz)

Bisherige KI-Systeme können:

hauptsächlich : (1)weniger gut : (2), (3)gar nicht : (4), (5), (6)

(6) Stetiger Leistungsabfall an den Grenzen des Kompetenzbereichs(Graceful Degradation)

(5) Berücksichtigen der zahlreichen Ausnahmen zu einer Regel

(4) Einschätzen, ob ein gegebenes Problem in seinen Kompetenz-bereich fällt

(3) Erweitern des Wissens durch Lernen

(2) Erklären der Problemlösung


Sprachtechnologie im Alltag

Einen Capuccino in 10 Minuten bitte!

Bitte in die Winterbergstraßein Saarbrücken!

SprachgesteuerteKaffeemaschine

Sprachdialog mitFahrzeugelektronik

SprachbasierteMusikauswahl

Diktat von EmailsSende folgende Email an

Meyer: Sehr geehrter Herr Meyer. Bitte senden Sie dringend die Agenda

für Montag.

Ich würde gerneMozarts

Klavierkonzert Nummer 3 hören!


Zeige mir alle Beiträge der Tagesschau, in denen Regierungsmitglieder zur

Green Card sprachen!

Ich möchte gerne einen Termin mit Doktor

Kuremastu nächste Woche in Kyoto

ausmachen!

Sprachtechnologie im Alltag

Was hat der Ministerpräsident auf der

COLING zur Sprachtechnologie

gesagt?

Sprachgesteuerte Suche in digitalen Fernseharchiven

Inhaltliche Suche in privaten Audioarchiven

Dialogübersetzung


Akustische

Sprachanalyse

Wortlisten

Grammatik

Wortbe-

deutungen

Gesprächs-Kontext

Wissen über das Gesprächs-

thema

Was hatder Sprecher

gesagt?100

Alternativen

Was hatder Sprecher

gemeint?10

Alternativen

Was willder Sprecher?

Eindeutiges Verstehenim Gesprächs-

zusammenhang

Red

uktio

n vo

n U

nsic

herh

eit

Sprachanalyse

Sprach-

ver-

stehen

Sprachanalyse

Spracherkennung

Gesprochene Eingabe

Verbmobil umfaßt alle drei Stufen der Sprachverarbeitung


Mobile Dialogübersetzung für Spontansprache

Wie der Name Verbmobil vermuten läßt,ermöglicht das System verbale

Kommunikation zwischen ausländischen Dialogpartnern in mobilen Situationen.

1

2

Freisprechen in der direkten Gesprächssituation

Telekommunikation


Mobile Dialogübersetzung für Spontansprache

Verbmobil-Server für die

Dialogübersetzung

Lösung: Dreierkonferenz: Der Verbmobil-Server vermittelt

zwischen zwei

Mobilfunkteilnehmern


VerbmobilServer

Wann fährt der nächsteZug nach Hamburg ab?

When does the next train to Hamburg depart?

Wo befindet sichdas nächste

Hotel?

Where is the nearest hotel?

Verbmobil-Szenario Hotel- und Reiseinformation


Mobile Dialogübersetzung über Handy mit dem System VERBMOBIL

Ergebnis von 8 Jahren Forschung mit einem Team von 100 Wissenschaftlern, 17 Produkte und 6 Spin-Off Firmen


Einge-gebenesSprach-signal

Sub-symbo-lischeVerar-beitung

SymbolischeVerarbeitung

Ausge-gebenesSprach-signal

Sprach-erkennung

Sprachverstehen &Sprachgenerierung

Sprach-synthese

Sub-symbo-lischeVerar-beitung

Signal-Symbol-Signal Transformationin natürlichsprachlichen Dialogsystemen


Dialogverständnisz.B. durch Verbmobil

Generierungvon Protokollen

HTML-Dokument

auf Deutsch

transferiert via

Internet oder Fax

Kunde CC-Verkäufer

HTML-Dokument

auf Englisch

transferiert via

Internet oder Fax

Automatische Generierung von Anruf-Protokollen


Eingabebedingungen Natürlichkeit Anpaßbarkeit Dialogfähigkeit

Einzelne WörterNahbesprechungs-mikrophon

Aktivierungstaste

Sprecherab-hängig

Diktier- oderKommandodialog

Telephon-QualitätSegmentierung

durchSprechpausen

Verbundworter-kennung

Fließend vorge-lesene Sprache

Sprecherun-abhängig

Auskunfts-dialog

Offenes Mikrophon,

GSM Qualität

Spontansprache Sprecheradaptiv Verhandlungs-runde

Ste

igen

de

Ko

mp

lexi

tät

Verbmobil

Herausforderungen für die Sprachtechnologie


Wir treffen uns inMannheim, äh, in Saarbrücken.

We are meetingin Saarbruecken.

Englisch

Deutsch

Automatisches Verstehen und Korrigieren von Versprechern in spontanen Telefondialogen


hatsuka no gogo wa ii desu

Am Zwanzigsten, am Nachmittag

wäre in Ordnung

Sprecherunabhängige, robusteSpracherkennung über analogeTelefone, ISDN und GSM Mobil-telefone.

Japanisch

Deutsch

Verbmobil: Übersetzung von spontan-sprachlichen Dialogen


Deep Map: Multimodaler mobiler Touristenführer für Heidelberg (EML, Dr. Malaka)Kooperation u.a.: EML - DFKI - ISL

Mobile Dialogführung

Lokationsadaptive Interpretation von Benutzeranfragen


Multimodale Wegbeschreibung(Text- und Graphikgenerierung)

MobileSprachübersetzung



Sprachgesteuerte3D-Visualisierung

MultimodalePräsentationsplanung(Text, Graphik, Bilder)



Welche Spielfilme laufen den

heute abend im Fernsehen?

Kombination von Sprache und Gestik in SmartKom

Ich zeige ihnen eine Übersicht

über die Filme, die heute abend im

Fernsehen laufen.

Da ist nichts für mich dabei.

Dann möchte ich doch lieber insKino gehen.

Hier sehen sieeine Übersicht

über das Programmder Heidelberger Kinos.

Den würde ichgerne sehen.

Wo kommt der?

Auf der Karte sinddie Kinos markiert, in denen der Film „Einekleine Weihnachts-geschichte“ läuft.


Multimodale Ein- und Ausgabe in SmartKom

Da würd‘ ichgern

reservieren.

EineReservierungist in diesem

Kino nichtmöglich.

Dann ein anderes Kino.

Das da vielleicht.

Auf der Übersicht sehen sie die Anfangs-

zeiten des Films „Eine kleine

Weihnachtsgeschichte“im Kino „Schloß“.

Da würd‘ ichgern

reservieren.

Zeigen siemir wo

sie sitzenwollen.

Ich hätte gern zwei

Plätze hier.Ist das so richtig? Richtig.

Ich habe die gewünschte

Reservierung für Sie durchgeführt.

Ihre Reservierungs-nummer ist 635.

Sie können die Karten bis

spätestens eine halbe Stunde vor

Vorstellungsbeginn an der Kinokasse

abholen.

Gut. Das war‘s.

Dankeschön.Tschüss.

AufWiedersehen


1

Forschungsnetze

2 3 4 5

EMail

WWW

MobileInternet-Dienste

EingebetteteInternet-Dienste

5 Hauptphasen der Internet-Nutzung

Jeder kann jederzeit überallz.B. über ein WAP-Handy aufInternet-Dienstezugreifen Allgegenwär-tige Internet-Dienste

2000

tAuto, HeizungHerzschritt-macher hängenam InternetEingebetteteSoftware-Agentensind Hauptnutzer des Internet


... ein Netzagent ist ein auf derAgententechnologie beruhendesProgramm, das Aufträge desBenutzers ausführt, indem esNetzdienste selbstständig an-steuert, auswertet, interpretiertund die Verarbeitungsergebnissebenutzeradaptiv präsentiert.

Was sind Netzagenten?


Netbots

Indices,Verzeichnisse,Suchsysteme

WWW

PersönlicheAssistenten

Massen-dienste

z.B. Ahoy!,Jango, AiA

Netbot := Intelligenter Agent der Internet-Werkzeuge im Auftrag eines Benutzers bedient

Netbot für den Touristen: versucht die Ziele des Reisenden zu befriedigen(generiert Pläne und führt sie aus) Überprüft Verfügbarkeit Findet günstigstes Angebot Beachtet persönliche Präferenzen (z.B. Frequent Flyer Programm,

Sitzplatz-Präferenz) Teilt dem Reisenden mit, wenn Sitzplätze frei werden

Netbots als persönliche Assistenten für WWW Benutzer


Zukünftig

WWW-Dokumente

Internet

Heute

Präsentations-dienste

z.B. NETSCAPE

Such-dienste

z.B. LYCOS

PersönlicherNetzassistent

Anwender

IntelligenteInfrastruktur-Dienste

Anwender

WWW-Dokumente

Internet

Intelligente Software-Assistenten für die Infobahn


Zugriff auf virtuelle Marktplätze durch WAP-Telephone

WAP Handy(Wireless Application Protocol für GSM-Telephone)

WML Seitendefinitions-sprache für interaktiveWebinhalte

Mobiler Internet-Zugriff auf virtuelle Kaufhäuser erlaubt den Produktvergleich

während realem Einkaufsbummel

Multimodaler Dialog: Spracheingabe - Graphikausgabe

Einfache Nutzung durch automatisches Sprachverstehen


Mit Maier, am 25. Oktober, mit Tetzlaff und auch mit Streit.

Doch nicht mit Streit

und zwar von2 Uhr bis 3 Uhr.

Okay!

Sprach- und gestikbasierte Interaktion mit einem Kalenderprogramm auf einem WAP-Handy


Mit SmartPhones wird der multimodale Zugriff auf virtuelle Marktplätze jederzeit und überall möglich


Erweiterte Realität: Automatische Preisver-gleiche werden vom Agenten aus dem virtuellen Marktplatz während des realen Einkaufs eingespiegelt


Sprachtechnologie für die Post-PC ÄraPersonalisierte Benutzeroberflächen

In der Hand tragbar

Mobile Computing

Am Körper anziehbar

Wearable Computing

Im Körper implantierbar

Biohybrid Computing


Erste Generation Zweite Generation Dritte Generation

Statische Web-Seiten

Papierersatz in HTML

Interaktive Web-Seiten

JavaScripts und Applets

Datenbank-Zugriff undTemplate-basierte

Generierung

DynamischeWeb-Seiten

VirtuelleWeb-Seiten

Netbots,Informationsextraktion,

Presentationsplaner

AdaptiveWeb-Seiten

Benutzermodellierung,Maschinelles Lernen,

Online Layout

Drei Generationen von Web-Seiten


Präsentationsteams im argumentativenVerkaufsdialog


Virtuelle Marktplätze mit menschlichen und maschinellen Agenten


Auswirkungen der Künstlichen Intelligenz

Systeme der Künstlichen Intelligenz stellen eine ‘Mechanisierung von Denkarbeit‘ dar, die erstmals

auch höhere Angestellte und Akademiker, z.B. Ingenieure, Chemiker, Geologen, Mediziner, Betriebswirte, aber auch Informatiker betrifft.

Die Künstliche Intelligenz-Forschung hat gezeigt, daß Alltagsintelligenz schwerer auf Software abzubilden ist

als Expertise in einem Fachgebiet.

Thesen:


Chancen und Risiken von Künstlicher Intelligenz

1) KI-Systeme stellen eine ‘Mechanisierung von Denkarbeit‘ dar, die erstmals auch höhere Angestellte und Akademiker, z.B. Ingenieure, Chemiker, Geologen, Mediziner, Betriebswirte, aber auch Informatikerbetrifft.

3) Viele sozial sinvolle Anwendungen von KI-Systemen werden ohne‘gesellschaftlichen Druck‘ nicht ausgeführt, da sie für den Anwender nicht rentabel sind (z.B. Expertensystem zur Auswahl von Antibiotika in Arztpraxen).

2) Nach der Relativierung der Bewertung von ‘körperlichen‘ vs. ‘geistigen‘ Arbeitsleistungen führen KI-Systeme zu einer weiteren Relativierung von ‘alltäglichen‘ Denkleistungen.

Thesen:


Chancen und Risiken von KI-Systemen

1) Im Gegensatz zu menschlichen Experten machen KI-Systeme keineFlüchtigkeitsfehler, sie lassen sich nicht durch eine extreme Datenfülleverwirren und ihre Lösungswege sind vollständig nachvollziehbar.

6) Durch KI-Systeme kann eine Existenzbedrohung in Betreiben beiAusscheiden unersetzbarer Wissensträger (z.B. durch Unfall, Ruhestand)abgewendet werden.

5) KI-Systeme bieten die Möglichkeit zur Umsetzung alternativer Produk-tionstechniken, die humaner und umweltfreundlicher sind, aber bisher aneiner Komplexitätsbarriere (z.B. Prozeßplanung und -steuerung) scheiterten.

4) KI-Systeme können menschliche Experten von Routineaufgaben ent-lasten, so daß mehr Zeit zur Weiterbildung und kreativen Problemlösungbleibt.

3) KI-Systeme können zu einer Qualitätsverbesserung und Vervielfältigungder Beratungskapazität führen. (z.B. Medizin, Sozialwesen, Verkehrswesen)

2) KI-Systeme bieten die Möglichkeit zur Exploration vieler Handlungs-alternativen bei kurzer Entscheidungszeit.

Einige Chancen:


Chancen und Risiken von KI-Systemen

1) Gefahr der Zwangsabgabe ‘geistigen Eigentums‘ (durch Berufserfahrunggewonnenes Wissen) an den Arbeitgeber.

4) Häufig werden optimale Problemlösungswege in einer Diskussionsrunde mitmehreren Experten gefunden, die zunächst unterschiedliche, sich evtl. sogarwiedersprechende Lösungswege vorschlagen. Obwohl in der Forschung ankooperierenden KI-Systemen gearbeitet wird, sind bisher keine verteiltenProblemlösungssysteme bekannt, die eine Synthese oder einen Kompromiß aus unterschiedlichen Lösungsvorschlägen bilden.

3) Verläßt man sich in einem Bereich ausschließlich auf KI-Systeme, sokann im Störungsfall nicht sofort ein menschlicher Experte einspringen.

2) Möglichkeit zur Vortäuschung einer objektiven Expertise (Computer-Mythos!)trotz interessensbasierter Wissensverarbeitung (z.B. suboptimale Konfigura-tion unter Verwendung von ‘Ladenhütern‘, Vorzug für bilanzwirksame Anlage- formen bei der Geldanlageberatung, ‘gefärbte‘ Objektbeschreibungen bei der Verkaufsberatung).

Einige Risiken:

werden maschinen den menschen ersetzen? Über die grenzen der künstlichen intelligenz

Documents