когнитивные концепции и их использование в технических

КОГНИТИВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
В ТЕХНИЧЕСКИХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Л.А. Станкевич
Санкт-Петербургский государственный технический университет
stank@phtf.stu.neva.ru
Аннотация. В данной работе обсуждается когнитивный подход в технических
интеллектуальных системах. Показано, что наиболее сложное интеллектуальное поведение может
быть организовано в многоагентных системах, построенных с использованием интеллектуальных
агентов на когнитивных концепциях. Предлагаются базовые архитектуры, а также
нейрологические средства для построения когнитивных компонентов, структур и агентов.
Обсуждаются результаты исследования когнитивных агентов для игровой среды футбола роботов,
а также когнитивных систем управления интеллектуальными роботами.
Искусственный интеллект и связанное с ним направление обучения машин в своем
развитии все больше и больше опираются на идеи когнитивной психологии и нейрофизиологии. В
ряде работ обсуждается использование когнитивного подхода в технических интеллектуальных
системах. Он основан на идеях когнитивной психологии и нейрофизиологии с одной стороны, и
искусственного интеллекта и обучения машин с другой стороны. Предполагается использование
последних результатов исследований в области когнитивной психологии, изучающей процессы
преобразования информации в мозгу человека при решении сложных поведенческих задач. При
разработке обучаемых интеллектуальных систем уже давно используются различные варианты
теории познания и ментального вывода. Исследования вопросов построения интеллектуальных
систем со сложным поведением привело к необходимости использования когнитивных
концепций, таких, как убеждения, желания, намерения, а также методов накопления знаний путем
самообучения и ментальных методов принятия решений. Развитие интеллектуальных систем,
которые могут обеспечить сложное поведение, привело разработке многоагентной технологии.
Совместное использование когнитивного подхода и многоагентной технологии потребовало
разработки когнитивных агентов, которые содержат специальные когнитивные структуры для
организации сложного индивидуального и коллективного поведения системы взаимодействующих
агентов, решающих задачи совместно. Естественно предположить, что коллектив таких агентов
может решать значительно более сложные задачи, чем одиночный агент. Техническая реализация
такого подхода требует разработки специальных алгоритмических и программных средств,
основанных на нейрофизиологических моделях. Созданные на базе этих моделей нейрологические
средства могут быть эффективно использованы для проектирования когнитивных компонент и
структур на их основе, способных реализовать поведенческие процессы, имитирующие поведение
человека при выполнении сложных работ.
Когнитивные концепции позволяют значительно усложнить поведение интеллектуальных
систем. Понятие когнитивности (cognition), связывающее концепции познания и знаний, уже
давно используется специалистами по искусственному интеллекту, которые детально изучают
информационные процессы мозга человека и пытаются применить когнитивные концепции в
своих разработках. Предполагается, что мозг воспринимает информацию, т.е. обрабатывает ее
сенсорными системами и формирует структурированную систему знаний. Знания сначала
фиксируются в кратковременной памяти, а затем накапливаются и хранятся в долговременной
памяти в кодированном виде. Формирование и накопление знаний связано с концепцией познания.
Концепция мышления, т.е. ментальной обработки информации, определяет процесс использования
знаний для решения различных задач. Результаты исследования процессов обработки
информации, связанных с познанием и мышлением, позволили построить когнитивную теорию,
описывающую работу мозга на основе информационного подхода.
Специалисты по интеллектуальным системам, использующие когнитивную теорию, стали
трактовать познание с технической точки зрения, как способность системы автоматически
извлекать знания и накапливать их в памяти в процессе обучения. Мышление трактуется, как
использование знаний и выводов на них для формирования рационального поведения системы.
При этом используются аналоги ментальных операций, связанные с выводом путем рассуждений
или ассоциативным выводом. В рамках когнитивной теории были выделены и частично изучены
основные когнитивные функции и процессы, определяющие познание и мышление. Эти
результаты оказались полезными при разработке систем управления, которые должны
обеспечивать сложное человекоподобное поведение интеллектуальных роботов. Реальные успехи
в создании когнитивных систем, как систем, способных реализовать выделенные когнитивные
функции и процессы мозга, пока небольшие. Трудности определяются сложностью и
недостаточной изученностью этих функций и процессов, а также ограниченными возможностями
используемых вычислительных структур, таких как логические или нейронные сетевые
вычислители.
В данной работе рассмотрены подходы к организации сложного поведения технических
систем, основанные на использовании методов и моделей интеллектуального управления.
Показано, что наиболее сложное поведение может быть организовано в многоагентных системах,
в которых агенты построены на базе комбинаций реактивной и делиберативной архитектур и
обучения. Подробно обсуждается когнитивный подход и возможности его реализации на
современном уровне. Предлагаются базовые архитектуры когнитивных структур и агентов,
способных реализовать сложное поведение динамических объектов в условиях плохо
определенной непредсказуемой среды. Рассматриваются средства проектирования когнитивных
структур и агентов на базе специально разработанных нейрологических компонент. В качестве
примеров эффективного применения предлагаемого подхода рассматриваются когнитивные
программные агенты, сконструированные для игровой среды футбола роботов (RoboCup). Описан
также когнитивный вариант системы управления шагающего робота типа АРНЕ
(Антропоморфный робот фирмы «Новая ЭРА»). Обсуждается перспективный проект создания на
основе предлагаемого подхода искусственной нервной системы для гуманоидного робота,
который должен не только быть похож на человека внешне, но и иметь человекоподобное
поведение.