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Design Principles of Autonomous Agents Seminar Natürliche und künstliche Intelligenz ETH Zürich/Universität Zürich 14.12.2000 Jean-Luc Besson & Daniel.

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Präsentation zum Thema: "Design Principles of Autonomous Agents Seminar Natürliche und künstliche Intelligenz ETH Zürich/Universität Zürich 14.12.2000 Jean-Luc Besson & Daniel."—  Präsentation transkript:

1 Design Principles of Autonomous Agents Seminar Natürliche und künstliche Intelligenz ETH Zürich/Universität Zürich Jean-Luc Besson & Daniel Mettler

2 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 2 Inhaltsübersicht Einführung Definitionen Design Principles Spezielle Aspekte der Design Principles Schlüsse und Ausblick Quellen WWW, Download, Kontakt Inhalt

3 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 3 Einführung NEC R100 Personal Robot –2 Kameras –3 Mikrophone –Berührungssensoren –6 Umgebungssensoren –Lichtsensor –Temperaturmesser Gesichtserkennung s abrufen und vorlesen Video-Nachrichten aufnehmen und abschicken Fernseher ein-/ausschalten Bewachung der Zimmer Spricht 300, versteht 100 Wörter

4 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 4 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

5 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 5 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

6 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 6 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

7 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 7 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

8 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 8 Klassifikationen von Agenten Definitionen artificial life agents autonomous agents biological agents research agents industrial agents simulated agents software agents robotic agents computational agents

9 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 9 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 agent DP 3: Parallel, loosely coupled processes DP 4: Sensory-motor coordination DP 5: Cheap designs DP 6: Redundancy DP 7: Ecological balance DP 8: Value 7 agent design principles – morphology, architecture, mechanism (DP 2-8)

10 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 10 Design Principle 1 Metaprinzip: Definition der ökologischen Nische Definition der gewünschten Aufgaben und Verhaltensweisen Design des Agenten Design Principles

11 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 11 Three constituents Ökologische Nische Aufgaben/ Verhaltensweisen Agentendesign Design Principles

12 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 12 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 Design Principles

13 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 13 Aufgaben und Verhaltensweisen Unterscheide Aufgabe und Verhaltensweise Definition der Aufgabe ist unabhängig vom Agenten Aufgabe nicht explizit im Agenten repräsentiert Beispiel: Reynolds boids Design Principles

14 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 14 Design des Agenten Aufbau des Agenten selbst: –Morphologie (Sensoren, Effektoren) –Kontrollarchitektur (interner Mechanismus) Aufgesplittet in DP Design Principles

15 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 15 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 Design Principles

16 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 16 SlugBot, Sojourner SlugBot Fermentor Mars Pathfinder Sojourner Solarzellen Design Principles

17 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 17 Chew Microbial Fuel Cell (MFC) Zucker Design Principles Mund Verdauung

18 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 18 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 Design Principles

19 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 19 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 Design Principles

20 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 20 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 Design Principles

21 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 21 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 Design Principles

22 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 22 Design Principle 7 The principle of ecological balance Komplexität des Agenten muss zur ökologischen Nische und dem gewünschten Verhalten passen [1] [1] Beispiel: Cog Design Principles

23 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 23 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 Design Principles

24 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 24 Bottom-up vs. Top-down Spezielle Aspekte der Design Principles Top-down Bottom-up Analytisch Synthetisch = =

25 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 25 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

26 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 26 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

27 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 27 Zusammenhänge der Design Principles Spezielle Aspekte der Design Principles complete agent ecological balance prallel processing value sensory-motor- coordination cheap design redundancy

28 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 28 Spezielle Aspekte der Design Principles II Reproduktion/Evolution? –Time-perspective: short-term-, ontogenetic perspective –Pragmatischer Charakter der Design Principles Inaktivität (Schlaf)? abstraktes Verständnis Spezielle Aspekte der Design Principles

29 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design 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

30 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 30 Quellen R. Pfeifer, Ch. Scheier, Understanding Intelligence, MIT Press, 1999 Fujita Yoshihiro, NEC Laboratories, Japan UNIZH AI Lab, MIT AI Lab, Quellen

31 Jean-Luc Besson & Daniel Mettler ©2000Design Principles of Autonomous Agents, Seite 31 WWW, Download, Kontakt Jean-Luc Besson, Daniel Mettler, WWW, Download, Kontakt


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