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Design Principles ofAutonomous Agents
Seminar „Natürliche und künstliche Intelligenz“
ETH Zürich/Universität Zürich
14.12.2000
Jean-Luc Besson & Daniel Mettler
Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000
Design Principles of Autonomous Agents, Seite 2
Inhaltsübersicht
• Einführung• Definitionen• Design Principles• Spezielle Aspekte der Design Principles• Schlüsse und Ausblick• Quellen• WWW, Download, Kontakt
Inhalt
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Design Principles of Autonomous Agents, Seite 3
Einführung
Einführung
• NEC R100 Personal Robot– 2 Kameras– 3 Mikrophone– Berührungssensoren– 6 Umgebungssensoren– Lichtsensor– Temperaturmesser
• Gesichtserkennung• E-mails abrufen und vorlesen• Video-Nachrichten aufnehmen und abschicken• Fernseher ein-/ausschalten• Bewachung der Zimmer• Spricht 300, versteht 100 Wörter
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Zweck von autonomen Agenten
- Agenten für gefährliche oder schädliche Umgebungen z.B. Minen aufspüren, Kanalisation reinigen, Giftmüllhalden
reinigen
- Dienstleistungs-Agenten z.B. autonome Rollstühle, Altenpflege
- Agenten für die Unterhaltung z.B. Spielzeuge, elektronische Haustiere
Einführung
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Definition „Agent“
• Agent: griechisch „agens“ = handelnd
• „Jeder im Auftrag oder Interesse eines Anderen Tätige“ [Meyers]
• “An agent ist anything, that can be viewed as perceiving its environment through sensors and action upon that environment through effectors“ [Russel & Norvig, 1995]
Definitionen
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Definition „Autonom“
• Autonom: griechisch „autos“ = selbst„nomos“ = Gesetz
• ”Autonomous agents can operate without an
immediate intervention of humans and have some kind of control over their internal state.” [Knapik & Johnson, 1998]
Definitionen
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Definition „Design“
“Design may be formally defined as the creation of synthesized solution in the form of products, processes or systems that satisfy the perceived needs through the mapping between the functional requirements in the functional domain and the design parameters in the physical domain, through the proper selection of the design parameters that satisfy the functional requirements“ [Suh, 1990]
Definitionen
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Klassifikationen von Agenten
Definitionen
artificial life agents
autonomous agents
biological agents
research agents
industrial agents
simulated agents
software agents
robotic agents computational agents
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Design Principles - Übersicht
• 1 metaprinciple – constituents of the design process (DP 1)
Design Principles
•Ecological niche•Desired behaviours/tasks•Design of the agent
DP 1
DP 2: Complete agentDP 3: Parallel, loosely coupled processesDP 4: Sensory-motor coordinationDP 5: Cheap designsDP 6: RedundancyDP 7: Ecological balanceDP 8: Value
• 7 agent design principles – morphology, architecture, mechanism (DP 2-8)
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Design Principle 1
Metaprinzip:
• Definition der ökologischen Nische• Definition der gewünschten Aufgaben und
Verhaltensweisen• Design des Agenten
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Three constituents
Ökologische Nische
Aufgaben/Verhaltensweisen Agentendesign
Design Principles
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Ökologische Nische
• Keine Universalität in der realen Welt• Welche Nische ist für die Fragestellung relevant? [1]• Klar definierte Nische wichtig weil:
– Design des Agenten hängt davon ab [2]
– Beschränkung auf Nische explizit
– Erlaubt billiges Design des Agenten [3]
Beispiele:
[1] Sahabot
[2] Garbage Collector
[3] Polly
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Aufgaben und Verhaltensweisen
• Unterscheide Aufgabe und Verhaltensweise• Definition der Aufgabe ist unabhängig vom Agenten• Aufgabe nicht explizit im Agenten repräsentiert
Beispiel: Reynolds‘ boids
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Design des Agenten
• Aufbau des Agenten selbst:– Morphologie (Sensoren, Effektoren)
– Kontrollarchitektur (interner Mechanismus)
• Aufgesplittet in DP 2-8
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Design Principle 2
The complete-agent principle
Intelligente Agenten sind vollständig (complete):• Autonom (autonomous)• Selbstgenügsam/autark (self-sufficient)• Verkörpert (embodied)• Situiert (situated)
Theoretisches Beispiel: „Fungus eater“
Praktische Beispiele: Mars Sojourner, SlugBot, Chew Chew
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SlugBot, Sojourner
• SlugBot
Fermentor
• Mars Pathfinder „Sojourner“
Solarzellen
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Chew Chew
Microbial Fuel Cell (MFC)
→ Zucker
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Mund
Verdauung
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Design Principle 3
The principle of parallel, loosely coupled processes
• Intelligenz ← Agent-Umgebungs-Interaktion ← viele parallele, lose gekoppelte Prozesse (angeschlossen an sensor-motorischen Apparat)
• Praktisch keine hierarchische Kontrolle nötig• Kontrollarchitektur basiert auf geschichteten Prozessen• Im Agenten: kompetitive und kooperative Mechanismen• Von Umgebung: kontextsensitive senso-motorische Stimulation
der Mechanismen und dadurch Koordination• Folge: Emergentes Verhalten möglich
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Design Principle 4
The principle of sensory-motor coordination (SMC)
• Intelligentes Verhalten ist senso-motorische Koordination• Paradigmenwechsel:
Informationsverarbeitung (classical AI) → SMC (new AI)• Via SMC wird der „Input“ strukturiert• Kategorisierung basierend auf SMC ist „grounded“
Beispiel: Kleinkind
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Design Principle 5
The principle of cheap design• Gute Designs sind „billig“:
– Ausnützen der Physik der System-Umwelt-Interaktion [1]– Ausnützen der Eigenheiten der ökologischen Nische [2]– Sparsames Design [3]
Beispiele:[1] Insect walking,[2] Polly,[3] Cricket phonotaxis
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Design Principle 6
The redundancy principle• Redundanz muss im Agenten
vorhanden sein:– Redundante Sensoranordnung– Überlappung der sensorischen
Informationen• Zwei Aspekte:
– Robustheit– Diversität, Emergenz
Beispiel: Samurai
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Design Principle 7
The principle of ecological balance• Komplexität des Agenten muss zur ökologischen Nische und
dem gewünschten Verhalten passen [1]
[1] Beispiel: Cog
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Design Principle 8
The value principle• Agent hat:
– Wertesystem– Mechanismen zum selbstüberwachten, kontinuierlichen
Lernen– Selbst-Organisation
• Wertesyteme [1]:– explizit– Implizit
[1] Beispiel: Garbage collecting robot
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Design Principles
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Bottom-up vs. Top-down
Spezielle Aspekte der Design Principles
Top-down
Bottom-up
Analytisch
Synthetisch
=
=
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Time perspectives for explanations
• short-term perspective– Verhalten aufgrund des momentanen inneren Zustands
• ontogenetic perspective– Vorkommnisse aus der Vergangenheit
• phylogenetic perspective– Evolution
Spezielle Aspekte der Design Principles
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Konvergenz Philosophie - NAI
• Viele Design Principles sind in der Philosophie schon lange verankert
Beispiele für Redundanz/Vielfalt/Kreativität:– Aufbewahrung von Wein in Holzfässern
– Schreiben auch nach dem Verlust der Hände
Spezielle Aspekte der Design Principles
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Zusammenhänge der Design Principles
Spezielle Aspekte der Design Principles
complete agent
ecological balance
prallel processing value
sensory-motor-coordination
cheap design
redundancy
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Spezielle Aspekte derDesign Principles II
• Reproduktion/Evolution?– Time-perspective: short-term-, ontogenetic perspective
– Pragmatischer Charakter der Design Principles
• Inaktivität („Schlaf“)? → abstraktes Verständnis
Spezielle Aspekte der Design Principles
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Design Principles of Autonomous Agents, Seite 29
Schlüsse und Ausblick
• Pragmatischer Charakter der Design Principles
„The design principles provide a conceptual framework, a first step toward a theory of intelligence. Because we are still at the beginning, it is not so much a matter of whether these principles are right or wrong: Rather, they point to the core issues that need to be researched in this field.“, Understanding Intelligence, S. 299
• Erst der Anfang einer Entwicklung• Zukunft offen
Schlüsse und Ausblick
Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000
Design Principles of Autonomous Agents, Seite 30
Quellen
• R. Pfeifer, Ch. Scheier, Understanding Intelligence,MIT Press, 1999
• Fujita Yoshihiro, NEC Laboratories, Japanhttp://www.incx.nec.co.jp/robot/
• UNIZH AI Lab, http://www.ifi.unizh.ch/ailab• MIT AI Lab, http://www.ai.mit.edu/
Quellen
Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000
Design Principles of Autonomous Agents, Seite 31
WWW, Download, Kontakt
http://www.icu.unizh.ch/~mettlerd/dpoaa/
Jean-Luc Besson, [email protected]
Daniel Mettler, [email protected]
WWW, Download, Kontakt