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22 juillet 2005

Réalisation d'un système de comportement intelligent, intentionnel et autonome avec production d'émotions destiné à divers types de robots

par Alain Cardon

Voir aussi dans ce numéro la Note de présentation par Jean-Paul Baquiast et Christophe Jacquemin

Les lecteurs souhaitant réagir à ces deux textes sont invités à utiliser pour cela le Blog Automates-Intelligents http://automatesintelligent.blog.lemonde.fr/automatesintelligent/
2005/07/ralisation_dun_.html

Ce projet, porté par Alain Cardon, professeur des universités, du Laboratoire d'informatique de Paris6 (LIP6 UMR 7606), secondé par certains doctorants, s'inscrit dans les nombreux travaux précédents du professeur Cardon (voir références sur le site LIP6, http://www-poleia.lip6.fr/~cardon/).

Plan de cette note
* Eléments indispensables à la construction de systèmes générateurs de faits de conscience artificiels
*
Projet scientifique
*
Phasage et moyens
*
Applications et débouchés
*
Conclusion
Annexe 1: Moyens nécessaires (non publié ici)
Annexe 2: Domaines d'applications
Annexe 3: Précisions sur le produit

Eléments indispensables à la construction de systèmes générateurs de faits de conscience artificiels

La transposition calculable de la génération de faits de conscience produits dans et par les cerveaux vers la génération artificielle impose de faire des hypothèses et d'utiliser des paradigmes. Jamais l'Intelligence Artificielle française (IA) ne s'est intéressée de front à la conscience artificielle, qui est un domaine différent de la production d'inférences et de la manipulation de connaissances symboliques, parce que beaucoup plus constructiviste et vraiment pluridisciplinaire.

Les hypothèses à prendre en compte de façon indispensable sont les suivantes :

1 - Ce que la conscience produit sera défini comme étant des "faits de conscience", c'est-à-dire la production de représentations par des systèmes se représentant intentionnellement des événements de leur monde perceptible et connaissable. Le processus de production et son résultat sont entièrement connaissables par la science.

2 - La question absolument première, qui est à traiter d'abord et à laquelle il faut répondre pour poser ensuite toutes les autres est la suivante : pourquoi est-on amené, ici et maintenant, à penser à telle ou telle chose ? La détermination des "déclencheurs" dans un système prétendant générer des faits de conscience est non triviale, et l'IA ne pose ni ne traite directement cette question.

3 - La génération de faits de conscience est pré-langagière. Tout fait de conscience est essentiellement un phénomène organisationnel dans un système que l'on peut sans ambiguïté catégoriser comme profondément complexe. C'est un certain état de stabilité qui est très éphémère et qui est lui-même manipulable par le système. La détermination langagière de la représentation d'un fait de conscience est généralement une certaine projection sur un espace de symboles ou de comportements. Le niveau symbolique est définitivement insuffisant pour générer des faits de conscience, mais il est nécessaire chez l'homme.

4 - Tout phénomène organisationnel se représente par des modifications complexes d'états locaux d'un système global : ce sont des circulations d'informations et des modifications de formes. Ces modifications de formes sont caractérisables géométriquement de manière suffisante. Ces modifications sont les marques de l'auto-apprentissage inévitable. Il est souhaitable que le processus de représentation par des formes conduise à de la manipulation de formes, ce qui s'appelle usuellement de la réflexivité.

5 - Tout système qui génère des faits de conscience a une architecture très particulière : il n'est ni linéaire, ni hiérarchique, ni fractal, même localement, et il n'est évidemment en rien infini. Il se représente bien par des espaces de circulation de flux d'énergie co-actifs. Ces circulations sont contraintes et localement synchronisées. La transposition dans le calculable n'est pas immédiate, mais elle est possible et faisable, et c'est sur ce point que nous avons écrit plusieurs ouvrages.

Références permettant de préciser les hypothèses et les moyens :

La complexité organisée2005 - CARDON A
La complexité organisée,
Systèmes adaptatifs et champ organisationnel , éd. Hermès-Lavoisier, Paris, janvier 2005.

Modéliser et concevoir une machine pensante2004 - CARDON A.
Modéliser et concevoir une machine pensante, Approche de la conscience artificielle, éd. Vuibert Paris, mai 2004.
Cet ouvrage a obtenu le prix 2004 AFISI (Association Française d'Ingénierie des Systèmes d'Information)

Modéliser et concevoir une machine pensante2003 - CARDON A.
Modéliser et concevoir une machine pensante,
éd. Automates Intelligents,
Paris mars 2003 [épuisé].

Entre science et intudtion : la conscience artificielle2003 - BAQUIAST J.P. , CARDON A.
Entre Science et intuition : la conscience artificielle, préface de René Trégouet, sénateur,
éd. Automates Intelligent Paris, avril 2003.

Conscience artificielle et systèmes adaptatifs2000 - CARDON A.
Conscience artificielle et systèmes adaptatifs,
Editions Eyrolles,
Paris, janvier 2000.

D'un autre côté, en ce qui concerne les paradigmes, on dispose d'une bonne maîtrise de la calculabilité par processus communicants et on dispose des systèmes multiagents massifs, avec un auto-contrôle morphologique. On dispose aussi de structures et de techniques de représentations symboliques et numériques des très nombreuses choses connaissables par l'homme. De plus, on dispose de robots autonomes avec capteurs et effecteurs sophistiqués, et le cerveau artificiel peut être localisé sur ordinateur distant.

Il reste alors à trouver l'architecture et le mode de fonctionnement d'un système "cerveau artificiel – corps de robot", ainsi que le lien entre les techniques du calculable et les hypothèses de spécifications sur l'architecture et le fonctionnement des cerveaux.. Nous souhaitons lancer un challenge à nos compétiteurs, dont certains à l'étranger bénéficient de très gros moyens, ce qui n'est absolument pas notre cas. L'évaluation des résultats pourra s'inspirer du fameux test de Turing. Là, il s'agira simplement de savoir si le système s'est intéressé à des choses selon nous intéressantes, ici et maintenant et à chaque fois, et en éprouvant de la satisfaction ou du plaisir à ce fait.

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Projet scientifique


Par robot capable de comportements intentionnels basés sur des émotions, il faut entendre un robot capable :

1. De se représenter la situation contextuelle perçue à l'aide de tous ses capteurs actifs.
2. D'obtenir un construit mental artificiel adapté en temps réel aux évolutions de l'environnement.
3. De décider de lui-même de points de focalisation de son attention sur certains éléments de cette représentation,
4. D'éprouver des émotions sur les points focalisés et donc de s'y intéresser "subjectivement" pour y agir,
5. De concevoir des plans d'actions comportementales à tous les niveaux de granularité en vue d'interagir intentionnellement avec les objets d'attention reconnus dans l'environnement.
6. De réagir à la réaction des objets manipulés (boucle systémique de l'attention et de l'action).

Le système à réaliser est le suivant :

1 - disposer d'un robot avec capteurs – effecteurs sans cesse opérationnels (que nous nous procurerons à l'extérieur, n'étant pas roboticiens)
2 - construire entièrement un cerveau artificiel : architecture, structures, algorithmes, codage parallèle sous le paradigme système multiagent massif
3 – coupler fortement les deux : corps du robot et cerveau artificiel
4 – valider l'architecture du cerveau sur base de tests pour affiner le paramétrage au niveau minimal agent.

Ce cerveau artificiel doit générer des représentations mentales à propos de choses de l'environnement de la façon suivante (description du processus gros grain) :

• il a un vécu, en partie artificiel, constitué d'événements mémorisés
• (les capteurs sont actifs, avec usage in-line de RN de pré-traitement)
• il génère un souci à propos de quelque chose remarqué dans l'environnement ou en lui-même (trace mentale émergente)
• il analyse cette chose en en faisant un objet mental caractérisable, sur lequel il peut agir (action interne)
• il génère intentionnellement une posture d'action mentale par rapport à cet objet selon son état sensible (le fait de conscience avec volonté, sous l'émotion courante)
• il génère éventuellement une posture d'action physique sur cet objet (le couplage avec le corps)
• il agit immédiatement (passage à l'acte intentionnel)
• il mémorise, par ancrage dynamique, ce qu'il a généré (mémorisation et auto-apprentissage par mémoire organisationnelle et par nécessité)
• il retourne, avec rémanence (continuité éventuelle du souci), à l'étape de génération du souci suivant.
• Il dispose d'un proto-soi et d'un soi artificiel propre, lui permettant de construire de son fait des raisonnements avec temporalité. Il s'agit du point le plus dur, que nous pensons être seuls à savoir résoudre.

Le système est basé sur un construit dynamique d'organisations massives d'agents logiciels auto-contrôlées par leurs maîtrises morphologiques (voir publications d'Alain Cardon). Il représente en fait un système méso-limbique couplé à un néo-cortex réduit et à un corps sensible (corps du robot muni de nombreux capteurs et effecteurs), comme c'est le cas pour tout cerveau de mammifère.

Le système est paramétrable au sens où des contraintes de représentation et des contraintes comportementales peuvent être posées dans le système pour biaiser sa représentation et sa conduite. Il peut évidemment apprendre pour affiner son comportement car le système est nativement en auto-apprentissage.

Les spécifications du système sont actuellement disponibles dans un document de 350 pages, (le document ne donnera pas lieu à une publication chez éditeur). Le système est en cours de codage intégral en langage Oz avec application et validation sur Aibo acquis dans le commerce.

Exemple de carte mentale obtenue sur un robot Aibo regardant une balle

Bitmap saisi par la webcam d'un Aibo regardant une balle
bitmap saisi par la webcam de l'Aibo

Carte mentale d'un Aibo regardant une balle © Alain Cardon, Mickael Camus et Jean-Charles Campagne doctorants du LIP6 (UMR 7606 CNRS)
Carte mentale obtenue, calculée sur un ordinateur distant connecté à l'Aibo par liaison Wi-FI

Cette carte correspond à l'activation d'agents logiciels* décrivant en gros grain une représentation mentale artificielle de ce qui a été repéré par les capteurs du robot Aibo regardant une balle (objets sur l'image, après traitement par réseaux de neurones, mesures des autres capteurs).
Cette représentation mentale - qui représente un fait de conscience - est un certain nuage d'agents logiciels, qui se sont activés seuls, qui opèrent en co-activité, et qui a une certaine forme qui finit par se stabiliser = l'image mentale.
© Alain Cardon, Mickael Camus et Jean-Charles Campagne doctorants du LIP6 (UMR 7606 CNRS).

* Commandant les effecteurs

La phase d'évolution des travaux sur le système précédemment décrit consistera à développer fortement la partie néocortex, en faisant générer dans le système des concepts abstraits et surtout langagiers : en fait, il s'agit de lui apprendre à se comporter dans le champ du langage avec intentionnalité. Il s'agit d'un niveau de complexité naturel pour le système, comme il l'est dans le vivant pour l'homme (voir dernière publication d'Alain Cardon). Cette partie nécessite quelques recherches supplémentaires, soit au plus deux ans de travaux pour disposer d'un système apte à apprendre à concevoir finement des représentations et à parler intentionnellement à propos de situations perçues le concernant.

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Phasage et moyens

Le projet comporte deux volets.

1. Le premier volet est scientifique et industriel. Il concerne dans une première phase la réalisation d'un module générique de comportement de robot autonome. Celle-ci demandera 6 mois de codage et d'installation du système au maximum. Pour ce faire, l'équipe n'a pas besoin de moyens spécifiques. Le système sera programmé par l'équipe qui envisage de s'y consacrer à plein temps. Il sera développé sur l'Aibo de Sony qui servira de plateforme. Le système générant la représentation de la situation du robot et construisant des schémas comportementaux est logé sur PC et est connecté à l'Aibo par liaison Wifi (logiciels libres développés par Carnegie Mellon, mais partiellement réécrits). Les langages de programmation spécifiques sont également disponibles (langages Oz/Mozart, Ocaml, C++).

Ce volet s'achève par un système de suivi et de modification (IHM sur ordinateur) du cerveau artificiel du robot : modification de ses souvenirs, de ses désirs, de ses intentions, de ses connaissances en ligne, ce qui altère son comportement. Ceci est un nouveau jeu très fortement interactif permettant à n'importe qui de disposer d'une cerveau artificiel modulable, modifiable pour en apprécier les résultats comportementaux. Un tel système devrait pouvoir être présenté à Sony et à tous les constructeurs de robots ludiques.

Mais il est évident qu'en cas de succès de cette première phase, le projet se poursuivra sur une période minima de 2 ans, permettant de lui apporter les développements nécessaires compte tenu de l'évolution de l'état de l'art et des demandes de clients éventuels. Un plan de développement sur 2 à 3 ans sera donc élaboré par les promoteurs du projet.


2. Le second volet concerne les opérations de gestion administrative, financière, commerciale permettant la valorisation du produit : dépôt de brevets (indispensable), suite entrepreneuriale à donner. Celle-ci pourra prendre la forme d'un accord industriel avec une entreprise ou une administration intéressée à la reprise et au développement du produit. Mais les promoteurs du projet préféreraient à ce stade envisager la création d'une start-up dont ils seraient fondateurs majoritaires et qui se chargerait de la commercialisation et des développements ultérieurs. Or pour ce second volet du projet, Alain Cardon et ses collaborateurs ont besoin du conseil voire de la participation d'experts en gestion et en financement. C'est pour intéresser d'éventuels conseils que la présente note est en premier lieu rédigée.

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Applications et débouchés

La réalisation d'un robot capable de comportements motivés et d'émotions artificielles constitue le nec plus ultra des travaux de la robotique actuelle en tendant vers la construction de robots totalement autonomes et adaptatifs. Elle fait l'objet d'une vive compétition au sein des grands pays industrialo-militaires. Rien de tel n'est envisagé actuellement en France ni même en Europe. C'est extrêmement regrettable et ce projet pourrait contribuer à combler cette carence.


Sur l'état de l'art aux Etats-Unis, notamment dans l'environnement de la défense, on pourra consulter les sites suivants :

http://www.absoluteastronomy.com/encyclopedia/A/Ar/
Artificial_consciousness.htm

http://robots.net/article/941.html
http://www.consciousentities.com/brittle.htm
http://www.human-evolution.org/newsaiarchive.php
http://www.idrama.com/darpa.htm
http://www.technoccult.com/archives/2002/07/16/creepy-darpa-projects/


Le module central ou cerveau du robot ne sera pas, dans un premier temps, embarqué sur le corps robotique mais implanté sur un micro-ordinateur qui le pilotera par des liaisons Wifi. L'opérateur humain pourra suivre sur écran les cartes mentales exprimant les différents sentiments se développant dans le robot et conduisant à ses intentions d'action, d'une façon voisine de ce que permet l'exploration fonctionnelle cérébrale des cerveaux vivants.

Plusieurs robots équipés du même module auto-comportemental pourront travailler en groupe ou en essaim, ce qui est généralement demandé pour les applications en milieu hostile.

Cette architecture logicielle est totalement générique et peut évidemment être appliquée à différents types de corps robotiques : robots animaloïdes ou androïdes, robots industriels adaptatifs, robots d'exploration de milieux hostiles, drones à application militaire. On pourra aussi développer un robot exclusivement logiciel, par exemple pour opérer au sein du réseau Internet ou de réseaux de communication d'entreprise.

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Conclusion

Les promoteurs du projet, qui ont commencé à travailler, ont un besoin urgent de contacts auprès d'organismes, d'entreprises ou de personnes potentiellement intéressées. Il s'agit d'abord d'une tâche élémentaire d'intelligence économique et/ou d'intelligence territoriale pour laquelle ils ne disposent pas de l'expérience ni des relations nécessaires, vu qu'ils proviennent du milieu universitaire.

En cas de suites favorables à ces premiers contacts, ils sont prêts à envisager toutes les solutions industrielles adéquates.

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Annexe 1 : Moyens (non publié ici)

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Annexe 2 : Domaines d'applications

- Robotique ludique (tous les robots autonomes)
- Robotique en essaims (groupes et équipes)
- Jeux vidéos (jeux d'arcades à 1 ou n joueurs)
- Armes intelligentes
- Groupes de robots militaires (reconnaissance ou combat) et de drones
…..

Exemples:

Robotique ludique • Robot autonome affectueux
Robots pilotables par conformation mentale
Equipes de robots émotionnellement sociables

Jeux • Jeux éprouvant des émotions selon l'évolution de la situation entre les joueurs

Robotique d'exploration • Equipes solidaires autour de la mission

Robotique militaire • Patrouilles de drones polyvalents
Patrouilles de robots explorateurs
Armes intelligentes prenant des décisions comportementales motivées

Surveillance • Logiciels de surveillance multi-échelles prenant des décisions motivées avec sensations

Guerre de l'information • Logiciels auto-adaptatifs de mise en oeuvre de communautés sur le web

NB: certains s'inquiéteront de voir envisagées ici de telles applications, mais il faut bien voir que ce sont elles qui fondent aux Etats-Unis et ailleurs l'essentiel des financements. Il ne serait pas admissible que la France ne dispose pas d'outils en propre dans ces domaines. De toutes façons, il s'agit de technologies duales, c'est-à-dire utilisables aussi bien pour le civil que pour le militaire et la sécurité.

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Annexe 3 : Précisions sur le produit

Nous développons un système logiciel et matériel (robot et système informatique) qui génère les "états" suivants :
1. Reconnaissance des objets du contexte, avec découverte et dénomination de nouveaux objets inconnus s'il en est (nouvelle désignation). Usage d'une base de réseaux de neurones.
2. Génération d'une représentation de la situation contextuelle, sous la forme de la question suivante (transcrite sous forme organisationnelle) : moi robot, dans cet environnement, je vois et me représente quoi comme choses intéressantes ?
3. Génération de certaines envies (désirs, tendances) correspondant aux pulsions freudiennes
4. Génération de plans d'actions motivées pour se confronter aux possibilités du contexte et y agir selon une intention propre
5. Action sur les effecteurs du robot (mouvements commandés par les injonctions de la représentation mentale)
6. Evaluation du nouveau contexte pendant l'action en cours (boucle temps réel)
7. Nouvelle reconnaissance de la situation …. Et retour en 1, mais avec effet mémoire (rémanence et mémoire de la synthèse de la situation antérieure).
8. Production d'une représentation facilement compréhensible de cette image mentale en temps réel
9. Possibilité de manipuler, d'altérer, de compléter cette représentation par IHM graphique (intrusion d'un opérateur humain manipulant une représentation artificielle pour la biaiser).

Le système sera générique (portable sur tout autre système matériel ou logiciel qu'un Aibo) et utilisera les caractères les plus sophistiqués de la programmation adaptative (les techniques les plus évoluées).

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