Boeken

Wednesday, February 23, 2011

'Robots worden niet slimmer dan mensen'

Zelfs succesvolle robots zoals het Marswagentje of de Roomba-stofzuigerrobot zijn alleen maar instrumenten van de mens. Ze kunnen niet omgaan met mensen. Robots die dat wel kunnen, zijn volgens robotonderzoeker Nicholas Roy het volgende grote doel.


Dit artikel is verschenen in De Ingenieur, 28 januari 2011


                       Nicholas Roy (left) with robotic wheelchair

Naam: Nicholas Roy
Nationaliteit: Canadese
Leeftijd: 37
Titel: Dr.
Opleidingen: PhD Robotica (Carnegie Mellon University, Pittsburgh, 2003), M.Sc. Informatica (McGill University, Montreal, 1997), B.Sc. Natuurkunde (McGill University, Montreal, 1995)
Functie: associate professor lucht- en ruimtevaartkunde aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Dinsdagmiddag landt hij op Schiphol, vanuit het Amerikaanse Boston. Woensdag is hij de hoofdspreker op het symposium Intelligent Machines in Nijmegen. En donderdag net na het middaguur vliegt hij weer terug naar de andere kant van de oceaan. Nee, hij heeft zelfs geen tijd om ook maar iets van Amsterdam te zien, laat staan van de rest van Nederland, terwijl dit bezoek toch zijn eerste keer in de Lage Landen is.

De in Vancouver geboren Nicholas Roy lijkt tijdens het interview geen last te hebben van een jetlag. Handige eigenschap voor iemand voor wie vliegtuigen de grootste passie uit zijn kindertijd waren. Stapels boeken over vliegtuigen had hij als kind verzameld. Toch valt het feit dat hij nu associate professor lucht- en ruimtevaartkunde is niet terug te voeren op die kinderpassie. Roy: “Mijn vrouw wees me op die boeken. Ik was ze zelf al helemaal vergeten.”

Via de natuurkunde en de kunstmatige intelligentie kwam hij terecht bij de robotica van luchtvaartuigen en andere machines. “Ik was niet goed genoeg in natuurkunde”, zegt Roy. “Met computers was ik veel beter. Ik hou vooral van de combinatie van hard- en software. Aan de ene kant slimme algoritmen bedenken die de kunstmatige intelligentie vooruit helpen. En aan de andere kant ook echt iets bouwen dat rond rijdt of vliegt in de fysieke wereld.”

Hij werkt bij een van de top-roboticalabs in de wereld: het beroemde Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) van het Massachusetts Institute of Technology aan de oostkust van de VS, net buiten Boston. Hier geeft hij leiding aan een groep van drie postdoc-onderzoekers, acht promovendi en een zestal studenten. “Ik zeg altijd tegen mijn studenten: ga kijken wat de robot niet kan, en waarvan je wilt dat hij het wel kan. Kom dan terug en vertel me wat je in grote lijnen wilt doen, maar waarvan je niet weet hoe je het in detail moet aanpakken. Dan gaan we dat proberen op te lossen.”

Robot-evolutie
Voor buitenstaanders is het niet zo gemakkelijk om de prestaties van de robotica op waarde te schatten. Waar blijven immers al die robots die ons decennia geleden werden voorspeld? De verwachtingen waren eind jaren vijftig zo groot dat ze in de praktijk alleen maar konden tegenvallen. En dat is gebeurd. Anno 2010 is de succesvolste commerciële robot ter wereld de Roomba-robotstofzuiger, toch een apparaat met beperkte mogelijkheden. We hebben nog steeds geen robot waarmee we gezellig aan de bar kunnen hangen of eentje die onze huishoudelijke klusjes uit handen neemt.

Veel van de vooruitgang in de robotica heeft de commerciële toepassingen nog niet gehaald en valt vooral te bewonderen in de beste labs, zoals dat van Roy. Wat zijn volgens de Canadees de belangrijkste doorbraken van de afgelopen vijftien jaar?

Hij schetst die vooruitgang aan de hand van vier robots waaraan hij sinds eind jaren negentig heeft bijgedragen. “In 1998 reed in het Smithsonian Museum in Washington DC de robotmuseumgids Minerva rond. Hij kon bezoekers helpen bij een rondje door het museum. Maar Minerva moest op zijn tenen lopen voor een beetje acceptabele ruimtelijke oriëntatie. En ook de interactie met de bezoekers was nog behelpen. Het werk aan Minerva leidde in 2003 tot de zorgrobot Pearl, die ouderen helpt om langer zelfstandig te blijven wonen. Hij knapt allerhande klusjes voor ze op. De zorgrobot was al beter in de ruimtelijke oriëntatie, maar moest vooral verbeterd worden in de omgang met mensen, bijvoorbeeld via een veel beter spraakinterface.”

Aan beide robots werkt Roy inmiddels niet weer, maar de kennis en ervaring die hij ermee heeft opgedaan, heeft hij gebruikt voor een van zijn huidige paradepaardjes: een met spraak bestuurbare intelligente robotrolstoel: “Patiënten met een ernstige spierziekte kunnen de rolstoel bijvoorbeeld vragen om hen naar de lift of de fysiotherapeut te brengen. Ook kunnen ze via een Skypeverbinding een pizza te bestellen. De rolstoel leert van de wensen en behoeften van de gebruiker, bijvoorbeeld dat hij vaak de ene lift neemt en niet de andere. Wij werken intensief samen met patiënten en verzorgers van het zorgcentrum Boston Home. Het is heel bevredigend om te zien hoe dit werk de levenskwaliteit van patiënten verbetert doordat ze zelfstandiger kunnen functioneren.”

Roy schetst de technologische en wetenschappelijke vooruitgang die ten grondslag lagen aan de evolutie van Minerva via Pearl naar de met spraak bestuurbare robotrolstoel. “De eerste belangrijke doorbraak ligt op het terrein van het in kaart brengen van de ruimtelijke omgeving. In 1995 was dat een hels karwei. Ik wil niet zeggen dat dat probleem anno 2010 helemaal is opgelost, maar de resultaten zijn met sprongen verbeterd. Als je robot goede sensoren heeft, kun je inmiddels standaard software van het web downloaden waarmee de robot een betrouwbare kaart van de omgeving kan maken.”

Dat doet een robot trouwens heel anders dan mensen. “Robots zien de wereld geometrisch: in termen van afstanden, ruimten, puntenwolken en voorwerpen. Mensen zien ruimtes op een functionele manier: hier is een werkkamer, daar een vergaderkamer, daar de wc, daar de lift. Afstanden kunnen we veel slechter schatten dan robots.”

Ook stellen we andere eisen aan robots dan aan mensen, zegt Roy. Mensen mogen best kleine, lokale fouten maken. In de haast stoot je bijvoorbeeld even een deur aan. Kan gebeuren. Maar je wilt absoluut niet dat een robot dezelfde fout maakt. Dat zou de robot of de deur ernstig kunnen beschadigen. Misschien dat dat in de toekomst met flexibelere en zachtere robots nog gaat veranderen, maar nu nog programmeren we onze robots zo dat ze absoluut niet zomaar ergens tegenaan mogen botsen.

Een tweede sprong voorwaarts is volgens Roy de sterk verbeterde controle over het fysiek van de robot. “Een robot loopt veel beter dan vijftien jaar geleden. Onbemande vliegtuigen en helikopters vliegen veel langer dan destijds. En zowel grond- als luchtrobots kunnen in veel complexere omgevingen hun weg vinden.”

Stille revolutie
Maar de belangrijkste doorbraak in de robotica en de kunstmatige intelligentie ligt op fundamenteel wetenschappelijk niveau, en kan als een paradigmaverschuiving worden omschreven. Decennialang hebben informatici geprobeerd om computers en robots intelligent te maken door ze vol te stoppen met voorgeprogrammeerde regels. Als ware het leven een schaakwedstrijd. Dat leidde tot veel minder successen dan gedroomd.

De basis van de stille revolutie die de laatste jaren heeft plaatsgevonden ligt volgens Roy “bij slimme statistische technieken die razendsnel betekenis destilleren uit een grote berg aan voorbeelden of andere data.” Zo zijn dankzij het wereldwijde web nu voor het eerst in de geschiedenis enorme hoeveelheden data vrij beschikbaar voor deze statistische technieken: teksten, beelden en geluidsopnames. Deze stille revolutie heeft successen opgeleverd bij onder andere automatische vertaling, automatische spraakherkenning, automatische beeldherkenning en het in kaart brengen van een ruimtelijke omgeving. De resultaten liggen nog niet op menselijk niveau, maar zijn wel veel beter dan een jaar of tien geleden.

Naast het onderzoek aan de autonome robotrolstoel, heeft Roy nog twee belangrijke onderzoekspijlen op zijn boog: autonome mini-UAV’s (unmanned aerial vehicles) en het nieuwe robotplatform PR2. “Het doel met onze mini-UAV’s is om ze zo klein te maken dat ze tijdens een of andere reddingsactie door een willekeurig gebouw kunnen vliegen en geen GPS nodig hebben, zoals de grote UAV’s van bijvoorbeeld het Amerikaanse leger dat wel nodig hebben.”

Afgelopen zomer deed zijn groep mee aan een speciale wedstrijd. Mini-UAV’s moesten een gebouw binnenvliegen dat model stond voor de Three Mile Island-kerncentrale waar in 1979 een ernstig kernongeluk plaatsvond. De mini-UAV’s moesten foto’s maken van de controlepanelen in het zenuwcentrum van de centrale om te bepalen of het wel of niet veilig was voor mensen om naar binnen te gaan.

“Onze mini-UAV had van tevoren geen idee van hoe het gebouw eruit zag. Toch was hij in 4,5 minuut in staat om het gebouw door te vliegen, de controlekamer te vinden, foto’s te maken van het controlepaneel en die naar ons toe te sturen. Ons beste toestel is nu 75 centimeter lang en eigenlijk is dat voor de praktijk nog te groot. We willen er eentje maken die kleiner is dan 40 centimeter.”

Open-sourcerobot 
Ten slotte werkt Roy aan een vierde robot, de Personal Robot 2, kortweg PR2 (uitgesproken als pier-toe). De anderhalve meter hoge PR2 is een product van het Californische bedrijf Willow Garage, dat commerciële servicerobots ontwikkelt. Het bedrijf denkt dat robotonderzoekers veel te lang steeds opnieuw het wiel probeerden uit te vinden. Te weinig kennis werd gedeeld. De filosofie van Willow Garage is om elf van hun PR2-robots gratis aan toplaboratoria ter beschikking te stellen om nieuwe software voor de robot te ontwikkelen. In ruil voor de gratis robot moeten de onderzoekers dan wel de nieuw ontwikkelde software gratis voor de andere onderzoeksgroepen beschikbaar maken. Een open-sourcerobotproject dus. “PR2 kan de vaatwasser leegruimen, allerhande voorwerpen oppakken en manipuleren en zelfs de was opvouwen. Wij zijn hem aan het uitbreiden met betere mens-machineinteractie, zoals we dat bij de robotrolstoel ook al hebben gedaan.”

Hoe ziet Roy de toekomst van de robotica? Ja, hij kent de vragen van de journalisten en de science-fictionachtige vergezichten die het publiek moeten verleiden. “Ik zie robots niet slimmer worden dan mensen,” zegt hij. “Dat moeten we ons ook helemaal niet als doel stellen. Ik ben een ingenieur. Ik leer mijn studenten altijd om niet te speculeren. Ik ben geïnteresseerd om modellen en machines te bouwen op basis van wat we nú weten.”

Toch komt er ook volgens Roy ongetwijfeld steeds meer kunstmatige intelligentie in ons alledaagse leven: in de gezondheidszorg, de dienstverlening, in verkeer en vervoer en in talloze toepassingen die we nu nog niet kunnen bedenken. Maar met een steek naar Ray Kurzweils voorspelling dat machines binnen twee decennia slimmer worden dan mensen (uit zijn bestseller The singularity is Near), besluit hij: “Niemand heeft ooit iets zinvols over de toekomst gezegd, behalve dan om de verkoop van een boek omhoog te stuwen.”

Internet
http://web.mit.edu/aeroastro/people/roy.html Homepage van Nicholas Roy
www.csail.mit.edu/ MIT’s beroemde AI-lab CSAIL
http://groups.csail.mit.edu/rrg/ Roy’s Robust Robotics Group bij CSAIL
www.youtube.com/watch?v=f7oD3W1kpSI Intelligente, met spraak bestuurbare robotrolstoel ontwikkeld door de Roy’s MIT-roboticagroep
http://groups.csail.mit.edu/rrg/index.php?n=Main.Videos Filmpjes van mini-UAV’s ontwikkeld bij Roy’s lab
www.youtube.com/watch?v=mfO31-QNJ5c Minerva Tour Guide Robot (1998)
www.youtube.com/watch?v=6T8yhouP0l0 Pearl, een zorgrobot voor ouderen (2003)
www.snn.ru.nl/symposium-2010/ Het Intelligent Machines Symposium, gehouden op 17 november 2010 in Nijmegen. Nicholas Roy was er de hoofdspreker. 
www.willowgarage.com/pages/pr2/overview Over de PR2-servicerobot