Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Übersicht unit 5: Embodied Action I Standortbestimmung: 1-2 Phase cogsci II III IV Embodied AI: New Robotics Entwicklungspsychologie Conclusion and Discussion

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Erklärungsprinzip der cogsci: Das Modell psychologisches Experiment (linguistic data, neurological evidence...) Input Output generiert durch Programm (qualitativ oder quantitativ)

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci psychologisches Experiment (linguistic data, neurological evidence...) Input Output Lernen Rep Regeln Wissen if payoff > 1 then do x else do y Erklärungsprinzip der cogsci: Das Modell

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci psychologisches Experiment Input Output Lernen Rep Regeln Wissen Programm modelliert performance Schlüsse des Programm sind selbst aufgrund eines Modells Modell von Modellierfähigkeit + Experiment selbst idealisiert Modell Erklärungsprinzip der cogsci: Das Modell

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Erklärung oder Beschreibung? Programm entspricht psychologischer Theorie exakt formuliert nachvollziehbar & vergleichbar Vorteile aber:

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Modelle als Werkzeuge Welt Mind Geometrie PSS direkter Zugang zu fundamentalen Strukturen

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci alternative Modellealternative Geometrien scripts schemas motor programs... Modelle als Werkzeuge

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci state of the art: David Marrs Erklärungssystem Computational Level Algorithmic Level Implementational Level IIIIII Input Output Problemstellung unabhängig von Organismus prinzipiell lösbar? optimale Lösung? Lösungsstrategie konkrete Transformation: Input Output Implementierung der Algorithmen (urspr. Marrs Ausgangspunkt)

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Computational Level Algorithmic Level Implementational Level IIIIII Computational Level: formale Problemstellung Level II: nimmt Schachproblematik ernst Anspruch von Allgemeinheit Pragmatik: mögliche Umsetzungen Neuroscience: Inspiration & zusätzliche constraints mehr als Fehlerkurven modellieren state of the art: David Marrs Erklärungssystem

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Computational Level Algorithmic Level Implementational Level IIIIII 3 Level hängen offensichtlich zusammen & sollten letztendlich alle behandelt werden ( klassischer Kognitivismus) Problem sollte auf der richtigen Ebene behandelt werden Kritik an klassischer AI state of the art: David Marrs Erklärungssystem

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Computational Level Algorithmic Level Implementational Level IIIIII Probleme bei denen Menschen auch gut sind... Vermischung von Levels: Was ist das Problem? mögliche Lösungen? basiert letztlich auf Analogie Block für SHRLDU Block für uns state of the art: David Marrs Erklärungssystem

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Das Erklärungsstrategie der cogsci no cognition without representation eigener Zugang zu Denken Fühlen Handeln eigenständig aber kompatibel mit anderen NaWis Arbeitsteilung mit Physik, Chemie, Biologie Repräsentationalismus ist gemeinsame Sprache ermöglicht gemeinsames arbeiten am großen Projekt

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Kritik der 3. Generation zu abstrakt, zu weit weg / nicht von dieser Welt unflexibel, begrenzt und stur Mensch: schon als Baby in der Welt (& schon als Kieferfisch im Ozean) Beispiele von embodied approaches: aus Robotik & Entwicklungspsychologie kein Verständnis: symbol grounding problem Wann ist welches Wissen relevant? frame problem

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Embodied AI: New Robotics 1. Der klassische Ansatz current state goals work backwards from goal means-ends anaylsis solution

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci processing world model encode input plan implement plan

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci processing world model encode input plan update world model implement plan correct errors / noise

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Whegs movie: insect gait What is the role of intelligence in moving? 2. Ein mechanischer Ansatz

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Objekterkennung / Kategorisierung Embodied AI: New Robotics alles in den Beinenalles im Kopf Optimierung ohne Intelligenz! mit Sensorik, die einem durch den Kopf gehen kann

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Gantry robot (Sussex, late eigthies)

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Harvey et al Husbands et al Gantry robot (Sussex, late eigthies)

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Gantry robot (Sussex, late eigthies) enorme Sensorschwankungen sogar in dieser extrem kontrollieren Umwelt 64 x 64 greyscale camera helle Kanten in der Dunkelheit langsame Steigerung der Komplexität der Aufgaben vorwärts fahren Annähern an Objekte Bevorzugen eines Objekts gegenüber anderen

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Gantry robot (Sussex, late eigthies)

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Gantry robot (Sussex, late eigthies)

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Hat der Roboter eine Repräsentation / template von ? lange Antwort: nicht unabhängig von Motorik / Sensorik / Kontext perceptual guidance of action Invarianzen in Schleifen Gantry robot (Sussex, late eigthies) kurze Antwort: nein.

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Brooks 1986 Rodney Brooks Subsumption Architecture jedes dieser Module ist ein extrem simpler controller Module kommunizieren minimal (außer über die Umwelt) Module inhibieren sich gegenseitig (Hierarchie)

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci New Robotics: Representation?

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Embodied AI: New Robotics Wie weit kommt man mit dem Ansatz? Komplexität steigt exponentiell mit Modulen... Problemstellung eines layers (Marr 1 st level) ist abhängig von der Umwelt von den anderen Layern von der Interaktion mit allem...

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Entwicklungspsychologie Infant walking 0-2 Monate (!) (gestützt) ~ 12 Monate (selbständig) Adolph 2002, Thelen & Smith 1994 regressive Entwicklung (U-shaped learning curve) braucht es überhaupt Köpfchen zum Gehen?

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci McGeers passive dynamic walker

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci active walking Bänder als Federn Dehnung der Achillessehnen sogar kopflose Wirbeltiere können laufen (i.a.) Gehen mit Köpfen: feinsinnige Modulation von komplexen dynamischen System (Biomechanik des Muskel- und Skelettapparats & Umwelt)

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Entwicklungspsychologie 2-12 Monate alte Babies sind zu schwer für ihre Beinmuskeln... in Minuten, da unsere Muskeln höchst variabel reagieren, etc... Entwicklung (motorisches) Lernen Reflexautomatik? Kognition?

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Kategorisierung & Generalisierung The Ramp & the importance of being nice to babies

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Entwicklungspsychologie Several important and surprising findings have resulted from this work. First, infants acquire an immense quantity of experience with balance and locomotion (e.g., a typical toddler travels more than 39 football fields/day, and accumulates an average of 15 falls/hr). Second, the duration of infants experience has tremendous predictive power, explaining significant portions of variance in developmental changes above and beyond that explained by infants body dimensions and chronological age. Third, learning from everyday experience is specific to each perception-action system in development. That is, sitting, crawling, cruising, and walking show separate learning curves, even for responses in the same tasks. [...]

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Entwicklungspsychologie abstraktes Wissen: biomechanisch gesehen welche Aspekte können generalisiert werden? wie abstrakt (universell anwendbar) ist unser Wissen? Wissenschaft nicht repräsentativ... selbst Wissenschaft zweckgebunden... Modellierung: komplexe dynamische Systeme Variabilität, Regularität & Entwicklung zeitlich kontinuierlich

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci Modellierung mit dynamischen Systemen Entwicklung

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci control model computation model input output computation sense think act What we have is a circuit, not an arc or broken segment of a circle. This circuit is more truly termed organic than reflex, because the motor response determines the stimulus, just as truly as sensory stimulus determines movement. (Dewey, 1896, p. 363) The whole neural organism, it will be remembered, is, physiologically considered, but a machine for converting stimuli into reactions (James, 1890, p. 372). IV Conclusions & Discussion

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci IV Conclusions & Discussion classical approach embodied approach Gegenstand Kognition. wird inferiert aus ziel- gerichtetem Verhalten Output plan CogInput zielgerichtetes Verhalten Sensorik Motorik

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci IV Conclusions & Discussion classical approach embodied approach Rolle von Kognition notwendig für intelligentes Verhalten wird als Lösung für formale Probleme verstanden (unabhängig von Implementierung) nur als letztes Mittel muss auf sensomotorische Schleifen abgestimmt sein Problemstellung hängt sehr wohl vom Körper ab

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci IV Conclusions & Discussion classical approach embodied approach Konzept von Kognition computation model input output computation sense think act Sensorik Motorik Gedächtnis, Pläne, etc. control model inteveniert zwischen Wahrnehmung & Handlung diskrete Planungschritte moduliert action-perception

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci IV Conclusions & Discussion classical approach embodied approach Erklärungsstrategie allgemeine Formulierung von Problemlösungs- mechanismen Intelligenz unabhängig vom Körper verstehen verkörperte Intelligenz untersuchen allgemeine Werkzeuge für den Umgang mit komplexen Systemen zu finden

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci IV Conclusions & Discussion classical approach embodied approach Beispiel: Vorstellung action-perception control loops im Leerlauf formales Planen

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci IV Conclusions & Discussion classical approach embodied approach Beispiel: Sprache formales System Bedeutung: propositional Effekt von Sprache auf körperliche Verfassung Bedeutung: grounding in perception action Syntax (Grammatik) Wissensbasis, Weltwissen explizieren Beispiel: kognitive Linguistik

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci IV Conclusions & Discussion

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci IV Conclusions & Discussion embodied critique of the classical approach embodiment untergräbt Kognitivismus Problem: Was ist eigentlich Kognition? Problem: Interdisziplinäres Modell Representation has been the central issue in artificial intelligence work over the last 15 years only because it has provided an interface between otherwise isolated modules and conference papers (Brooks 1991)

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci IV Conclusions & Discussion Gegenkritik Programm ist stark genug um Probleme zu lösen scaling problem wird Repräsentation wieder einführen müssen... unerklärlicher Rückfall zum evil behaviorism (throwing out the baby with the bathwater) nur manche Aspekte müssen geändert werden

Embodied ActionGrundkonzepte der Cogsci IV Conclusions & Discussion Wie gehts weiter? Embodied action Kognitivismus steht an seinen Grenzen Integration von Aspekten von Embodiment constraints on cognition verschiedenste Alternativen, im Fluss Traditional cognitive science