Неразумные создания: как обучают роботов

По данным вышедшего в сентябре 2018 года отчета McKinsey, внедрение промышленных роботов в 1990-х годах привело к повышению мирового ВВП на 0,4% в год; в том же отчете потенциальные выгоды от внедрения «умных машин» оцениваются еще выше — до 1,2% роста мирового ВВП от внедрения искусственного интеллекта (ИИ) на горизонте до 2030 года. Однако сегодня даже Amazon все еще использует для комплектации и упаковки товаров людей: простая на первый взгляд задача — взять предмет с параметрами, которые программе заранее неизвестны, — требует «творческого подхода». Для этого робот должен не только научиться видеть, то есть распознавать объекты, но и получить опыт взаимодействия с ними. Виртуальные среды — компьютерные игры-симуляторы для роботов — позволяют существенно ускорить и удешевить процесс машинного обучения и сократить время выхода новых моделей на рынок.

Массовая культура приучила нас воспринимать роботов как человекоподобные машины (андроиды). Это началось в 1921 году, когда Карел Чапек представил публике пьесу под названием «Р. У. Р.» («Россумские Универсальные Роботы»). Именно Чапеку мы обязаны самим словом «робот», которое сегодня может обозначать и станки с программным управлением, и автономный транспорт, и дроны, и умные дома.

Но еще раньше люди стали пугать друг друга сказками о машинах-убийцах, которые запросто могут пристрелить человека или как минимум отобрать у него возможность заработать на хлеб насущный. Английские луддиты еще в XIX веке безрезультатно пытались противостоять автоматизации процессов производства. Ничего не выходит и у неолуддитов. Сфера активно развивается там, где много «конвейерных» рабочих мест, то есть в азиатских странах. По данным IFR World Robotics, в 2018 году в Азию поставлялось 69,1% промышленных роботов, в Европу — 17,2%, а в Соединенные Штаты — 13,7%.

Вопреки распространенному заблуждению, роботы не только заменяют людей, но и создают дополнительные рабочие места. Без инженеров-эксплуатационников, специалистов по машинному обучению и контролеров эффективная работа автоматической сборочной линии невозможна. Финансовый аналитик из сингапурского DBS Bank Митчел Чан в интервью BitNewToday недавно сказал: «Конечно, люди периодически склонны думать, что они могут потерять рабочие места. Это верно, но вместо каждой устаревшей специальности создается другая специальность. Это вопрос переоценки наших собственных навыков и их применения в соответствии с неизбежной трансформацией».

Ценность робота зависит от того, насколько сложные операции он может выполнять и в какой степени независим от оператора. На автомобильную промышленность приходится 36% роботов, проданных в этом году, на электротехнику и электронику — самый быстрорастущий сегмент рынка на сегодня — 32%, а на производство металлов и металлообработку — 10%. Остальные были предназначены для пищевой промышленности, логистики и прочих отраслей. Итого годовой объем рынка промышленных роботов составляет $15 млрд.

Роботы, которые играют в игры

Машину, как и человека, нужно учить. Раньше это делали путем программирования конкретных действий, и этого было достаточно для «станков с программным управлением». Для автономного такси и даже для робота-упаковщика этого мало: слишком велико разнообразие сценариев, невозможно заранее запрограммировать все дорожные ситуации и все возможные положения всех возможных товаров. Да и производственные цепочки становятся сложнее.

Современный искусственный интеллект, способный к самообучению, существенно изменил подходы к программированию роботов. Настройка «интеллектуального софта» напоминает скорее процесс натаскивания школьников на тест: обучение происходит путем многократного проигрывания типовых сценариев.

Знаменитый американский психолог и психиатр Эрик Берн, автор книг «Люди, которые играют в игры» и «Игры, в которые играют люди», писал: «Родители считают ребенка достигшим зрелости, когда он ведет себя так, как они ему велят, а не так, как ему самому хочется». Педагога возмущает такой подход, но данная формулировка в полной мере соответствует чаяниям тех, кто занимается машинным обучением».  Мы учим машину учиться, то есть получать и анализировать опыт. Лучше всего это делать в процессе игры, то есть «симуляции реальных действий». Берн — психолог, который очень много сделал для того, чтобы понятие «игра» вышло за пределы а) математического аппарата (теория игр) и б) бытового понимания (форма досуговой деятельности).

Качество человеческого образования зависит не только от личности учителя, но и от имеющихся в его распоряжении учебных пособий; так и «преподаватели для машин» нуждаются в специфических инструментах. Специалисты в области машинного обучения страдают от недостатка размеченных данных — массива информации, который позволяет искусственному интеллекту научиться правильно воспринимать и интерпретировать объекты. Обучающемуся алгоритму нужно «скормить» сотни тысяч, а иногда и миллионы размеченных объектов, чтобы научить его решать по-настоящему сложную задачу.

Изначально наиболее значимым направлением исследований в области робототехники было компьютерное зрение (computer vision). Этот раздел искусственного интеллекта должен дать роботам возможность видеть и понимать, что именно они видят. Это направление важно и для индустриальных роботов, и для беспилотных автомобилей, и для домашних роботов-помощников, и для индустрии безопасности (интеллектуальные системы наружного наблюдения, автоматический контроль периметров и т. п.), и, например, для маркетинга, чтобы ИИ мог в режиме реального времени фиксировать покупку и анализировать предпочтения клиентов в магазине.

Новый тренд робототехники — обучение с подкреплением (reinforcement learning), когда роботу дается возможность самому выбрать, какое действие совершить. Механическая рука может миллион раз попробовать ухватить объект, совершенствуя свои навыки, и на миллион первый раз у нее формируется «представление» о том, как это сделать правильно. Но с обучением в физическом мире возникает серьезная проблема: дефицит времени и специфические требования к полигону. Мы не можем позволить беспилотному автомобилю задавить миллион пешеходов, чтобы методом проб и ошибок он понял, что этого делать не стоит.

Поэтому роботов обучают с использованием синтетических данных, то есть на симуляторах, которые максимально похожи на реальность. Там беспилотные автомобили учатся ездить по виртуальным улицам, где можно давить сколько угодно пешеходов, как в компьютерной игре. Пусть пока потренируются в своем виртуальном мире.