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Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH Stuhlsatzenhausweg 3, Geb. 43.8 66123 Saarbrücken Tel.: (0681) 302-5252/4162 Fax: (0681) 302-5341.

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1 Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH Stuhlsatzenhausweg 3, Geb Saarbrücken Tel.: (0681) /4162 Fax: (0681) WWW: Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Wolfgang Wahlster Werden Maschinen den Menschen ersetzen? Über die Grenzen der Künstlichen Intelligenz , Enkenbach

2 © W. Wahlster DFKI GmbH KI, Kognitionswissenschaft und Intellektik Die KI hat: ingenieurswissenschaftliche Ziele kognitionswissenschaftliche Ziele KI Ingenieurswissenschaften Informatik Biowissenschaften Psychologie Philosophie Linguistik Kognitions- wissenschaft

3 © W. Wahlster DFKI GmbH Kerngebiete und Anwendungsfelder der KI Natürlich- sprachliche Systeme Natürlich- sprachliche Systeme Bild- verstehende Systeme Bild- verstehende Systeme Experten- systeme Experten- systeme Robotik Multi- Agenten Systeme Multi- Agenten Systeme Intelligente Tutorielle Systeme Intelligente Tutorielle Systeme Intelligente Hilfe- systeme Intelligente Hilfe- systeme Intelligente Benutzer- schnittstellen Intelligente Benutzer- schnittstellen Subsymbolische Verarbeitung Signal-Symbol-Transformation Wissensrepräsentation Wissensverarbeitung - Suchen - Inferieren - Lernen Wissensrepräsentation KI-Programmiermethoden KI-Programmiersprachen KI-Werkzeuge KI-Hardware

4 © W. Wahlster DFKI GmbH Standort Kaiserslautern DFKI GmbH Erwin-Schrödinger-Straße D Kaiserslautern Tel.: Fax.: Standort Saarbrücken DFKI GmbH Stuhlsatzenhausweg 3 D Saarbrücken Tel.: Fax.: Die DFKI gem. GmbH hat zwei Standorte

5 © W. Wahlster DFKI GmbH Informations- Management und Dokument- analyse Intelligente Visualisierungs- und Simulations- Systeme Deduktions- und Multiagenten- systeme Intelligente Benutzer- schnittstellen Sprach- technologie Die fünf Forschungsbereiche der DFKI gem. GmbH

6 © W. Wahlster DFKI GmbH Einsatzbereiche der KI Banken/Versicherungen Verkehr/Logistik/Vertrieb Organisation/Büro/ Verwaltung Banken/Versicherungen Verkehr/Logistik/Vertrieb Organisation/Büro/ Verwaltung Industrielle Produktion Automatisierung/Robotik Softwareproduktion, Militär, Nachrichtendienste Industrielle Produktion Automatisierung/Robotik Softwareproduktion, Militär, Nachrichtendienste Telekommunikation/ Fortbildung Haustechnik/Unterhaltung Mechatronik/ Service-Systeme Telekommunikation/ Fortbildung Haustechnik/Unterhaltung Mechatronik/ Service-Systeme Medizin/Gentechnik Sicherheits- /Leittechnik Umweltschutz/ Landwirtschaft Medizin/Gentechnik Sicherheits- /Leittechnik Umweltschutz/ Landwirtschaft KI

7 © W. Wahlster DFKI GmbH 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 Verkehrsregeln und Zielvorgabe lenken wissensintensive höhere kognitive Prozesse mit Erklärungsmöglichkeit weniger zeit- und störkritische Verarbeitung Fahrzeug gemäß Verkehrsregeln und Zielvorgabe lenken wissensintensive höhere kognitive Prozesse mit Erklärungsmöglichkeit weniger zeit- und störkritische Verarbeitung Beispiel: Autofahren Fahrzeug auf der Fahrbahn halten unbewußter senso-motorischer Prozeß, keine Erklärungsmöglichkeit sehr schnelle, robuste Verarbeitung Fahrzeug auf der Fahrbahn halten unbewußter senso-motorischer Prozeß, keine Erklärungsmöglichkeit sehr schnelle, robuste Verarbeitung

8 © W. Wahlster DFKI GmbH Autonome Service-Roboter mit aktiver Sensorik Beispiel eines mehrgliederigen Kanalroboters der GMD

9 © W. Wahlster DFKI GmbH Biologische inspirierte autonome Roboter Skorpionähmlicher Roboter mit Selbsterhaltungstrieb des AIS-Instituts der GMD (Prof. Christaller)

10 © W. Wahlster DFKI GmbH 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...

11 © W. Wahlster DFKI GmbH 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 Wissen Konzeptionellem Wissen Inferentiellem Wissen Partnermodell Bahn- kunde Verveilfachung der Beratungskapazität ohne Qualitätsverlust bei der Dienstleitung durch die Kombination von Wissens- und Datenverarbeitung Wissensbasiertes System WissensbasisDatenbasis Kurs- buch Preis- liste Sprachliches Wissen Konzeptionelles Wissen Inferentielles Wissen Partnermodell

12 © W. Wahlster DFKI GmbH Expertensysteme Als Expertensysteme bezeichnet man KI-Systeme, die Expertenwissen und die darauf beruhenden Fähigkeiten maschinell verfügbar machen. sondern auch Heuristiken Strategien Erfahrungswerte die sich der Fachman nur durch eine langjährige praktische Tätigkeit aneignen kann. KI-Systeme enthalten nicht nur das aus Lehr- und Fachbüchern hervorgehende Wissen KI-Systeme sind wissensbasierte Systeme, deren wesentliche Bestandteile eine Wissensbasis und eine Inferenzkomponente sind.

13 © W. Wahlster DFKI GmbH Warum XPS? KI-Systeme vervielfachen das Wissen von menschlichen Experten gesammeltes Expertenwissen XPS

14 © W. Wahlster DFKI GmbH Wissenserwerbs- komponente Wissenserwerbs- komponente Erklärungs- komponente Erklärungs- komponente Dialog- komponente Dialog- komponente Inferenz- komponente Inferenz- komponente Planungs- komponente Planungs- komponente Benutzer/ Bearbeiter Benutzer/ Bearbeiter Wissensbasis Die Basisarchitektur von Expertensystemen

15 © W. Wahlster DFKI GmbH 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

16 © W. Wahlster DFKI GmbH Sprachtechnologie im Alltag Einen Capuccino in 10 Minuten bitte! Bitte in die Winterbergstraße in Saarbrücken! Sprachgesteuerte Kaffeemaschine Sprachdialog mit Fahrzeugelektronik Sprachbasierte Musikauswahl Diktat von s Sende folgende an Meyer: Sehr geehrter Herr Meyer. Bitte senden Sie dringend die Agenda für Montag. Ich würde gerne Mozarts Klavierkonzert Nummer 3 hören!

17 © W. Wahlster DFKI GmbH 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

18 © W. Wahlster DFKI GmbH Akustische Sprachanalyse Wortlisten Grammatik Wortbe- deutungen Gesprächs- Kontext Wissen über das Gesprächs- thema Was hat der Sprecher gesagt? 100 Alternativen Was hat der Sprecher gemeint? 10 Alternativen Was will der Sprecher? Eindeutiges Verstehen im Gesprächs- zusammenhang Reduktion von Unsicherheit Sprachanalys e Sprach- ver- stehen Sprachanalyse Spracherkennung Gesprochene Eingabe Verbmobil umfaßt alle drei Stufen der Sprachverarbeitung

19 © W. Wahlster DFKI GmbH 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

20 © W. Wahlster DFKI GmbH Mobile Dialogübersetzung für Spontansprache Verbmobil-Server für die Dialogübersetzung Lösung:Dreierkonferenz: Der Verbmobil-Server vermittelt zwischen zwei Mobilfunkteilnehmern

21 © W. Wahlster DFKI GmbH Verbmobil Server Wann fährt der nächste Zug nach Hamburg ab? When does the next train to Hamburg depart? Wo befindet sich das nächste Hotel? Where is the nearest hotel? Verbmobil-Szenario Hotel- und Reiseinformation

22 © W. Wahlster DFKI GmbH 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

23 © W. Wahlster DFKI GmbH Einge- gebenes Sprach- signal Sub- symbo- lische Verar- beitung Symbolische Verarbeitung Ausge- gebenes Sprach- signal Sprach- erkennung Sprachverstehen & Sprachgenerierung Sprach- synthese Sub- symbo- lische Verar- beitung Signal-Symbol-Signal Transformation in natürlichsprachlichen Dialogsystemen

24 © W. Wahlster DFKI GmbH Dialogverständnis z.B. durch Verbmobil Generierung von 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

25 © W. Wahlster DFKI GmbH Eingabebedingungen Natürlichkeit Anpaßbarkeit Dialogfähigkeit Einzelne Wörter Nahbesprechungs- mikrophon Aktivierungstaste Sprecherab- hängig Diktier- oder Kommandodialog Telephon-Qualität Segmentierung durch Sprechpausen Verbundworter- kennung Fließend vorge- lesene Sprache Sprecherun- abhängig Auskunfts- dialog Offenes Mikrophon, GSM Qualität SpontanspracheSprecheradaptivVerhandlungs- runde Steigende Komplexität Verbmobil Herausforderungen für die Sprachtechnologie

26 © W. Wahlster DFKI GmbH Wir treffen uns in Mannheim, äh, in Saarbrücken. We are meeting in Saarbruecken. Englisch Deutsch Automatisches Verstehen und Korrigieren von Versprechern in spontanen Telefondialogen

27 © W. Wahlster DFKI GmbH hatsuka no gogo wa ii desu Am Zwanzigsten, am Nachmittag wäre in Ordnung Sprecherunabhängige, robuste Spracherkennung über analoge Telefone, ISDN und GSM Mobil- telefone. Japanisch Deutsch Verbmobil: Übersetzung von spontan-sprachlichen Dialogen

28 © W. Wahlster DFKI GmbH Deep Map: Multimodaler mobiler Touristenführer für Heidelberg (EML, Dr. Malaka) Kooperation u.a.: EML - DFKI - ISL Mobile Dialogführung Lokationsadaptive Interpretation von Benutzeranfragen

29 © W. Wahlster DFKI GmbH Multimodale Wegbeschreibung (Text- und Graphikgenerierung) Mobile Sprachübersetzung Deep Map: Multimodaler mobiler Touristenführer für Heidelberg (EML, Dr. Malaka) Kooperation u.a.: EML - DFKI - ISL

30 © W. Wahlster DFKI GmbH Sprachgesteuerte 3D-Visualisierung Multimodale Präsentationsplanung (Text, Graphik, Bilder) Deep Map: Multimodaler mobiler Touristenführer für Heidelberg (EML, Dr. Malaka) Kooperation u.a.: EML - DFKI - ISL

31 © W. Wahlster DFKI GmbH 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 ins Kino gehen. Hier sehen sie eine Übersicht über das Programm der Heidelberger Kinos. Den würde ich gerne sehen. Wo kommt der? Auf der Karte sind die Kinos markiert, in denen der Film „Eine kleine Weihnachts- geschichte“ läuft.

32 © W. Wahlster DFKI GmbH Multimodale Ein- und Ausgabe in SmartKom Da würd‘ ich gern reservieren. Eine Reservierung ist in diesem Kino nicht möglich. 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‘ ich gern reservieren. Zeigen sie mir wo sie sitzen wollen. 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. Auf Wiedersehen

33 © W. Wahlster DFKI GmbH 1 Forschungsnetze WWW Mobile Internet- Dienste Eingebettete Internet- Dienste 5 Hauptphasen der Internet-Nutzung Jeder kann jederzeit überall z.B. über ein WAP-Handy auf Internet-Dienste zugreifen  Allgegenwär- tige Internet- Dienste 2000 t Auto, Heizung Herzschritt- macher hängen am Internet  Eingebettete Software-Agenten sind Hauptnutzer des Internet

34 © W. Wahlster DFKI GmbH... ein Netzagent ist ein auf der Agententechnologie beruhendes Programm, das Aufträge des Benutzers ausführt, indem es Netzdienste selbstständig an- steuert, auswertet, interpretiert und die Verarbeitungsergebnisse benutzeradaptiv präsentiert. Was sind Netzagenten?

35 © W. Wahlster DFKI GmbH Netbots Indices, Verzeichnisse, Suchsysteme WWW Persönliche Assistenten 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

36 © W. Wahlster DFKI GmbH Zukünftig WWW- Dokumente Internet Heute Präsentations- dienste z.B. NETSCAPE Such- dienste z.B. LYCOS Persönlicher Netzassistent Anwender Intelligente Infrastruktur-Dienste Anwender WWW- Dokumente Internet Intelligente Software-Assistenten für die Infobahn

37 © W. Wahlster DFKI GmbH Zugriff auf virtuelle Marktplätze durch WAP-Telephone WAP Handy (Wireless Application Protocol für GSM- Telephone) WML Seitendefinitions- sprache für interaktive Webinhalte Mobiler Internet-Zugriff auf virtuelle Kaufhäuser erlaubt den Produktvergleich während realem Einkaufsbummel Multimodaler Dialog: Spracheingabe - Graphikausgabe Einfache Nutzung durch automatisches Sprachverstehen

38 © W. Wahlster DFKI GmbH Mit Maier, am 25. Oktober, mit Tetzlaff und auch mit Streit. Doch nicht mit Streit und zwar von 2 Uhr bis 3 Uhr. Okay! Sprach- und gestikbasierte Interaktion mit einem Kalenderprogramm auf einem WAP-Handy

39 © W. Wahlster DFKI GmbH Mit SmartPhones wird der multimodale Zugriff auf virtuelle Marktplätze jederzeit und überall möglich

40 © W. Wahlster DFKI GmbH Erweiterte Realität: Automatische Preisver- gleiche werden vom Agenten aus dem virtuellen Marktplatz während des realen Einkaufs eingespiegelt

41 © W. Wahlster DFKI GmbH Sprachtechnologie für die Post-PC Ära Personalisierte Benutzeroberflächen In der Hand tragbar Mobile Computing Am Körper anziehbar Wearable Computing Im Körper implantierbar Biohybrid Computing

42 © W. Wahlster DFKI GmbH Erste Generation Zweite GenerationDritte Generation Statische Web-Seiten Papierersatz in HTML Interaktive Web-Seiten JavaScripts und Applets Datenbank-Zugriff und Template-basierte Generierung Dynamische Web-Seiten Virtuelle Web-Seiten Netbots, Informationsextraktion, Presentationsplaner Adaptive Web-Seiten Benutzermodellierung, Maschinelles Lernen, Online Layout Drei Generationen von Web-Seiten

43 © W. Wahlster DFKI GmbH Präsentationsteams im argumentativen Verkaufsdialog

44 © W. Wahlster DFKI GmbH Virtuelle Marktplätze mit menschlichen und maschinellen Agenten

45 © W. Wahlster DFKI GmbH 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 :

46 © W. Wahlster DFKI GmbH 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 Informatiker betrifft. 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 :

47 © W. Wahlster DFKI GmbH Chancen und Risiken von KI-Systemen 1)Im Gegensatz zu menschlichen Experten machen KI-Systeme keine Flüchtigkeitsfehler, sie lassen sich nicht durch eine extreme Datenfülle verwirren und ihre Lösungswege sind vollständig nachvollziehbar. 6)Durch KI-Systeme kann eine Existenzbedrohung in Betreiben bei Ausscheiden 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 an einer 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 Problemlösung bleibt. 3)KI-Systeme können zu einer Qualitätsverbesserung und Vervielfältigung der Beratungskapazität führen. (z.B. Medizin, Sozialwesen, Verkehrswesen) 2)KI-Systeme bieten die Möglichkeit zur Exploration vieler Handlungs- alternativen bei kurzer Entscheidungszeit. Einige Chancen:

48 © W. Wahlster DFKI GmbH Chancen und Risiken von KI-Systemen 1)Gefahr der Zwangsabgabe ‘geistigen Eigentums‘ (durch Berufserfahrung gewonnenes Wissen) an den Arbeitgeber. 4)Häufig werden optimale Problemlösungswege in einer Diskussionsrunde mit mehreren Experten gefunden, die zunächst unterschiedliche, sich evtl. sogar wiedersprechende Lösungswege vorschlagen. Obwohl in der Forschung an kooperierenden KI-Systemen gearbeitet wird, sind bisher keine verteilten Problemlösungssysteme bekannt, die eine Synthese oder einen Kompromiß aus unterschiedlichen Lösungsvorschlägen bilden. 3)Verläßt man sich in einem Bereich ausschließlich auf KI-Systeme, so kann 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:


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