Системы искусственного интеллекта (ИИ) уже намного опережают нас в определенных областях — например, играя в го или обрабатывая огромные наборы данных, — но в других аспектах ИИ все еще далеко позади людей, даже тех, кому всего несколько месяцев отроду.
Например, даже маленькие дети инстинктивно знают, что один объект, быстро проходящий позади другого, не должен исчезать и снова появляться в другом месте. Увидев такое волшебное действие, дети действуют с удивлением.
Но такое простое правило непрерывности, наряду с другими основными физическими законами, не было столь интуитивно понятным для ИИ. Недавно был представлен искусственный интеллект под названием PLATO, вдохновленный исследованиями о том, как учатся дети.
PLATO расшифровывается как «Обучение физике с помощью автоматического кодирования и отслеживания объектов», и он был обучен с помощью серии видеороликов, предназначенных для представления тех же базовых знаний, которые младенцы получают в первые несколько месяцев жизни.
«К счастью для нас, специалисты по психологии развития потратили десятилетия на изучение того, что младенцы знают о физическом мире, и каталогизацию различных аспектов или концепций, которые входят в понимание мира», — говорит нейробиолог Луис Пилото из исследовательской лаборатории искусственного интеллекта DeepMind в Великобритании.
«Расширяя их работу, мы создали и открыли набор данных о физических концепциях. Этот синтетический набор видеоданных черпает вдохновение из оригинальных экспериментов по разработке для оценки физических концепций в наших моделях».
Есть три ключевых понятия, которые мы все понимаем с самого раннего возраста: постоянство (объекты не исчезают внезапно); твердость (твердые объекты не могут проходить друг сквозь друга); и непрерывность (объекты последовательно перемещаются в пространстве и времени).
Набор данных, созданный исследователями, охватывал эти три понятия, а также два дополнительных: неизменяемость (свойства объекта, такие как форма, не меняются); и направленная инерция (объекты движутся в соответствии с принципами инерции).
Эти концепции были переданы через видео мячей, падающих на землю, отскакивающих друг от друга, исчезающих за другими объектами и затем вновь появляющихся, и так далее. Обучив PLATO на этих видео, следующим шагом было его тестирование.
Когда ИИ показали видеоролики с «невозможными» сценариями, противоречащими изученной им физике, PLATO «выразил удивление» (или его эквивалент ИИ): он был достаточно умен, чтобы понять, что произошло что-то странное, нарушающее законы физики.
Это произошло и после относительно коротких периодов обучения, в некоторых случаях всего 28 часов. С технической точки зрения, точно так же, как и в исследованиях младенцев, ученые искали доказательства сигналов нарушения ожиданий (violation-of-expectation — VoE), показывающие, что ИИ понимал концепции, которым его учили.
«Наша объектно-ориентированная модель продемонстрировала устойчивые эффекты VoE во всех пяти изученных нами концепциях, несмотря на то, что она была обучена на видеоданных, в которых конкретных событий проверки не происходило», — пишут исследователи.
Команда провела дополнительные тесты, на этот раз с использованием объектов, отличных от тех, что были в обучающих данных. Опять же, PLATO продемонстрировал четкое понимание того, что должно и не должно происходить, продемонстрировав, что он может учиться и расширять свои базовые учебные знания.
Однако PLATO еще не совсем соответствует уровню трехмесячного ребенка. ИИ меньше «удивлялся», когда ему показывали сценарии без каких-либо объектов или когда модели тестирования и обучения были похожи.
Более того, видео, на которых PLATO обучался, включало дополнительные данные, помогающие ему распознавать объекты и их движение в трех измерениях.
Кажется, что некоторые встроенные знания все еще необходимы, чтобы получить полную картину — и этот вопрос «природа против воспитания» — это то, над чем ученые, занимающиеся развитием младенцев, все еще задаются вопросом. Исследование может дать нам лучшее понимание человеческого разума, а также помочь нам построить лучшее представление о нем ИИ.
«Наша работа по моделированию представляет собой доказательство концепции, демонстрирующей, что, по крайней мере, некоторые основные концепции интуитивной физики могут быть усвоены посредством визуального обучения», — пишут исследователи.
«Определенные основные физические понятия могут присутствовать с рождения, данные показывают, что у людей интуитивные физические знания появляются в раннем возрасте, но на них может влиять визуальный опыт».
Исследование опубликовано в журнале Nature Human Behavior.
Перевод статьи «Scientists Created an AI That Seems to ‘Learn’ Basic Physics Like a Human Baby»