Welkom bij het tiende artikel in de blogreeks “Kunstmatige intelligentie”. Het negende deel heeft als titel “De Arabische oorsprong van de algoritmiek”. In dit deel wordt ingegaan op hoofdstuk 10: Robotica.

Robots bestaan uit drie onderdelen: hardware, software, en de elektronica die de hard- en software in staat stelt te communiceren. Intelligente robots hebben de vaardigheid om logica te gebruiken om te reageren op data die ze binnenkrijgen, bijvoorbeeld via hun sensoren. Data, abstracte stukken gegevens, wordt door de robot omgezet in informatie en kennis om daadwerkelijk beslissingen te kunnen maken.

De dag is 18 februari 2021. De plaats: Mars, of daar in elk geval dicht in de buurt. De robot genaamd Perseverance (doorzettingsvermogen) is na een reis van bijna zeven maanden en 472 miljoen kilometer nu toch echt bijna op de eindbestemming aangekomen. Zijn missie is duidelijk – samen met een helikoptertje genaamd Ingenuity – de rode planeet grondig te gaan onderzoeken. De grote vraag is echter: zal Percy erin slagen om veilig op het Marsoppervlak te landen?

Het lijkt een haast onmogelijke opgave. Binnen zeven minuten moet Perseverance afremmen van zo’n 20.000 km/u tot stilstand en dat precies op de juiste plek. Daarvoor moeten honderden handelingen op exact het juiste moment op exact de juiste manier worden uitgevoerd. Bij ieder van die handelingen bestaat de kans dat er iets misgaat en de hele landing mislukt. Bovendien is directe communicatie met de aarde onmogelijk: een radiosignaal (dat met de lichtsnelheid reist) doet er maar liefst elf minuten over om de aarde te bereiken. Tegen die tijd moet Perseverance de landing al hebben afgerond. Helemaal autonoom dus. Met zo’n ingewikkeld takenpakket is het niet verwonderlijk dat de meerderheid van de eerdere Marslandingen slecht afliep. NASA spreekt wel van de ‘seven minutes of terror’: zeven minuten lang nagelbijten en hopen dat de robot alle taken van het landingsproces succesvol uitvoert. Laten wij die zeven minuten gebruiken om eens wat dieper in te gaan op de vraag: wat is een robot eigenlijk? En hoe zit de kunstmatige intelligentie van robots in elkaar?

Meestal gaat het om fysieke taken zoals fabriekswerk, schoonmaakwerk, transport etc. Bij het woord ‘robot’ denken we al snel aan een machine die enigszins op een mens lijkt, uitgerust met armen, benen, een hoofd en misschien zelfs een gezicht. Echter kan het uiterlijk van een robot alle kanten op gaan, afhankelijk van de taak waarvoor hij is ontworpen. Denk bijvoorbeeld aan schijfvormige stofzuigrobots zoals de Roomba, of interplanetaire robots zoals Perseverance die meer weghebben van een kruising tussen een auto en een viervoetig dier.

Wat alle robots gemeen hebben is dat ze in de basis uit drie componenten bestaan. Allereerst de hardware: fysieke onderdelen die een robot in staat stellen om fysieke taken uit te voeren. Dit zijn bijvoorbeeld de wielen waar veel mobiele robots mee zijn uitgerust, de grijparmen van fabrieksrobots of de snijmessen van automatische grasmaaiers. De tweede cruciale component is de software: computercode die het beslisproces van een robot definieert. Hierin wordt vastgelegd hoe de robot zijn waarnemingen moet verwerken en welke handelingen de robot op welk moment moet uitvoeren. Ten slotte is er nog een component nodig die de verbinding kan leggen tussen software en hardware: informatie die de robot opvangt via camera’s en sensoren moet worden omgezet in abstracte data, waarna de software op basis van die data berekeningen maakt die weer resulteren in fysieke handelingen. Deze derde component wordt in bestaande robots altijd gevormd door elektronica: een combinatie van stroomdraden, circuits en accu’s zorgt ervoor dat de robot de elektrische energie en de juiste opdrachten krijgt om correct zijn fysieke handelingen uit te voeren.

Om de robot de juiste handelingen te laten kiezen moet de software beschikken over een vorm van intelligentie. Of het nou gaat om natuurlijke intelligentie (zoals bij mensen en dieren) of om kunstmatige, in beide gevallen wordt onder intelligentie verstaan: het vermogen om informatie te verwerken en daarvan te leren. Specifieker geeft intelligentie de mogelijkheid om logica toe te kunnen passen, problemen op te lossen en om op basis van nieuwe informatie het beeld van de werkelijkheid te kunnen bijstellen, wat resulteert in het steeds beter kunnen uitvoeren van taken. Het woord ‘intelligentie’ drukt een vermogen of begaafdheid uit: het ‘kunnen’ van iets. Daarmee is het wezenlijk anders dan bijvoorbeeld kennis (opgeslagen feiten die gebruikt kunnen worden om tot nieuwe conclusies te komen), informatie (de feiten zelf) of data (abstracte stukjes gegevens).

Een harde schijf is prima in staat om data op te slaan, maar kan moeilijk intelligent worden genoemd. Daarvan is pas sprake op het moment dat een machine vanuit die data iets nieuws kan creëren. Bijvoorbeeld als een robot door logisch te redeneren uit bestaande data en informatie nieuwe data en informatie kan creëren. Die nieuwe informatie geeft een machine nieuwe kennis die ingezet kan worden om betere keuzes te maken zodat de machine zijn taken beter kan uitvoeren. Denk aan een zelfrijdende auto die, via zijn camera, beelden opvangt van zwarte en witte strepen op de weg. De software in de auto vertaalt de pixelpatronen naar het begrip ‘zebrapad’; de auto concludeert dat de voetgangers op het zebrapad voorrang hebben en activeert de remmen.

Bij de vertaling van informatie naar acties speelt het doel van de robot een grote rol: wat moet de robot met alle handelingen bereiken? Dat bepaalt de menselijke programmeur. De robot bepaalt vervolgens grotendeels of helemaal zelf welke stappen nodig zijn om dat doel te bereiken. Cruciaal is dus om dat doel op zo’n manier te definiëren dat er geen risico is dat de robot verkeerde dingen gaat doen. Een zelfrijdende auto heeft als doel om de passagier(s) op de plaats van bestemming te brengen, maar wel met een aantal voorwaarden. De auto moet natuurlijk veilig rijden, de verkeersregels respecteren, niet langer dan nodig over de reis doen en liefst ook rijden op een manier die comfortabel is voor de inzittenden. Al deze en nog vele andere overwegingen moeten zodanig worden gebalanceerd dat de robot op elk moment de juiste keuze zal maken. Als de instructies hiervoor niet op de juiste manier afgebakend zijn, dan kan een robot onwenselijk gedrag gaan vertonen en dat is soms moeilijk te corrigeren. Denk aan de Terminator-robot in de gelijknamige film die bereid is mensen te vermoorden om zijn eigen voortbestaan te garanderen. Of aan het doemscenario dat grey goo heet: zelfreplicerende nanorobots die zich zo hardnekkig blijven voortplanten dat ze uiteindelijk de hele planeet verzwelgen.

Gelukkig wordt in de ontwerpen van bestaande robots over het algemeen goed over dit soort

 zaken nagedacht en doen ze vooralsnog (veel) meer goed dan kwaad. Zo zijn er zelfrijdende auto’s op de weg die al veiliger en efficiënter rijden dan de gemiddelde mens. Er zijn militaire robots die landmijnen kunnen opsporen en onschadelijk maken zonder dat er slachtoffers bij vallen. Er zijn medische robots die door de bloedbaan zwemmen en op celniveau medicatie

kunnen toedienen en kankercellen kunnen vernietigen. Ook zijn er robots die door rivieren en zeeën kunnen zwemmen en al het afval eruit halen. En dan zijn er natuurlijk ruimtesondes die onderzoek kunnen doen op hemellichamen waar mensen (nog) niet kunnen overleven.

Daarover gesproken… goed nieuws: de zeven minuten zijn voorbij en Perseverance is veilig geland op Mars! De ruimterobot heeft al een paar selfies gestuurd en maakt zich klaar om samen met Ingenuity op onderzoek uit te gaan. Misschien komt er ooit een tijd dat we zelf veilig op Mars kunnen rondlopen. Tot die tijd sturen we alvast robots vooruit, om zo onze kunstmatige intelligentie in actie te brengen.