What intelligent machines can learn from a school of fish | Radhika Nagpal

翻訳: Yuko Yoshida 校正: Masaki Yanagishita

In my early days as a graduate student,

大学院に進んだばかりの頃

I went on a snorkeling trip off the coast of the Bahamas.

バハマ諸島沖に シュノーケリングに行きました

I'd actually never swum in the ocean before,

それまで海で 泳いだことがなかった私には

so it was a bit terrifying.

ちょっと怖かったのですが

What I remember the most is, as I put my head in the water

一番記憶に残っているのは 頭まで水に沈めて

and I was trying really hard to breathe through the snorkel,

シュノーケルで息をしようと 必死になっているときに

this huge group of striped yellow and black fish

黄色と黒の縞模様の魚が ものすごい大群で 私を目がけて

came straight at me ...

やって来たときのことです

and I just froze.

私は凍り付きました

And then, as if it had suddenly changed its mind,

でも その大群は 私に向かって来たと思えば

came towards me and then swerved to the right

まるで気でも変えたかのように すっと右にそれて

and went right around me.

私をよけて行ったのです

It was absolutely mesmerizing.

本当にうっとりする光景でした

Maybe many of you have had this experience.

皆さんもご経験が おありかもしれません

Of course, there's the color and the beauty of it,

もちろん 魚の群れが鮮やかで 美しいということもありますが

but there was also just the sheer oneness of it,

一糸乱れぬ一体感がまた 素晴らしいものでした

as if it wasn't hundreds of fish

まるで 何百もの魚が 個々に存在するのではなく

but a single entity with a single collective mind

ただ１つの存在として 集団で共有される１つの頭で

that was making decisions.

意思決定しているようでした

When I look back, I think that experience really ended up determining

振り返ってみれば 私の研究人生の大枠は

what I've worked on for most of my career.

この経験で決まったのだ と思います

I'm a computer scientist,

私はコンピューター科学者で

and the field that I work in is artificial intelligence.

人工知能（AI）を専門としています

And a key theme in AI

AI分野における重要テーマに

is being able to understand intelligence by creating our own computational systems

自然界で見られる知性と同じ働きをする 独自の計算システムを作り出すことで

that display intelligence the way we see it in nature.

知性を理解する というものがあります

Now, most popular views of AI, of course, come from science fiction and the movies,

AIと言うと 空想科学小説や映画の世界を 思い浮かべる方が多いでしょう

and I'm personally a big Star Wars fan.

私も『スター・ウォーズ』が大好きです

But that tends to be a very human-centric view of intelligence.

でも そこで描かれる知性は 得てして人間主体のものです

When you think of a fish school,

魚の群れや

or when I think of a flock of starlings,

ムクドリの群れの様子を 思い起こしてみると

that feels like a really different kind of intelligence.

そこには まったく違う知性が あるように感じられます

For starters, any one fish is just so tiny

まず どんな魚でも１匹は

compared to the sheer size of the collective,

群れ全体からすると ものすごく小さいものなので

so it seems that any one individual

１つ１つの個体は 何が起こっているのか把握しようにも

would have a really limited and myopic view of what's going on,

本当に限られた 身のまわりのことしか 分からないはずです

and intelligence isn't really about the individual

ですから そこで働く知性は 個体のものではなく

but somehow a property of the group itself.

その集団そのものが所有するもの と言えるでしょう

Secondly, and the thing that I still find most remarkable,

次に 今でも本当に驚嘆すべきことだ と思っているのですが

is that we know that there are no leaders supervising this fish school.

こうした魚の群れには 全体を監督するリーダーのような魚はいません

Instead, this incredible collective mind behavior

個々の魚同士が 相互に作用し合うことで

is emerging purely from the interactions of one fish and another.

信じられないような 集団の知による行動が生まれるのです

Somehow, there are these interactions or rules of engagement

どうやら 近くにいる魚との間で こうした相互作用や

between neighboring fish

行動規則が働くことで

that make it all work out.

この動きができているようです

So the question for AI then becomes,

ですからAIにおいて考えるべきは

what are those rules of engagement that lead to this kind of intelligence,

こういった知性を生み出す 行動規則が何であるのか

and of course, can we create our own?

私たちがそれを作り出せるのか になります

And that's the primary thing that I work on with my team in my lab.

これが私の研究室で チームを組んでやっている主な研究です

We work on it through theory,

理論的な観点から

looking at abstract rule systems

抽象的な規則体系を子細に見て

and thinking about the mathematics behind it.

その背景にある数学的関係を 見出そうとしています

We also do it through biology, working closely with experimentalists.

また生物学の観点からも 実験研究者と密接に連携して研究しています

But mostly, we do it through robotics,

でも 主となるのは ロボット工学の立場から

where we try to create our own collective systems

私たち独自の集団的なシステムを 作り上げて

that can do the kinds of things that we see in nature,

自然界と同じように動かす― 少なくとも

or at least try to.

それに近づけることです

One of our first robotic quests along this line

その中でも初めの頃に行った ロボットを使った挑戦が

was to create our very own colony of a thousand robots.

ロボット１千台で独自のコロニーを 作り上げることでした

So very simple robots,

とてもシンプルながら

but they could be programmed to exhibit collective intelligence,

集団的知性を発揮できるように プログラムできるロボットで

and that's what we were able to do.

それには成功しました

So this is what a single robot looks like.

ロボット単体ではこんな感じで

It's quite small, about the size of a quarter,

すごく小さく 25セント硬貨くらいです

and you can program how it moves,

動きをプログラムできるのですが

but it can also wirelessly communicate with other robots,

ほかのロボットと無線で交信したり

and it can measure distances from them.

まわりのロボットとの距離を 測ったりもできます

And so now we can start to program exactly an interaction,

これで 周辺の個体との相互作用 つまり行動規則を

a rule of engagement between neighbors.

正確にプログラムできるように なったわけです

And once we have this system,

ひとたび こうしたシステムができれば

we can start to program many different kinds of rules of engagement

自然界で見られる 多種多様な行動規則も

that you would see in nature.

プログラムできるようになります

So for example, spontaneous synchronization,

例えば 自発的同期と呼ばれる行動です

how audiences are clapping and suddenly start all clapping together,

誰かの拍手をきっかけに 急に皆が一斉に拍手するようになるとか

the fireflies flashing together.

蛍が一斉に光る といったものです

We can program rules for pattern formation,

パターン形成にかかる規則も プログラムできます

how cells in a tissue

組織内の細胞がそれぞれ

determine what role they're going to take on

自らの役割を分かって パターンを形成し

and set the patterns of our bodies.

人体を形づくるようにです

We can program rules for migration,

移動の規則もプログラムできます

and in this way, we're really learning from nature's rules.

こんな風に自然界の規則から どんどん学んでいます

But we can also take it a step further.

さらにもう一歩先に 進めることもできます

We can actually take these rules that we've learned from nature

自然から学んだ こうした規則を 組み合わせて

and combine them and create entirely new collective behaviors

私たち独自の まったく新しい集団行動を

of our very own.

作り出すのです

So for example,

例えば

imagine that you had two different kinds of rules.

２つの規則があるとしましょう

So your first rule is a motion rule

１つは 動作に関する規則で

where a moving robot can move around other stationary robots.

作動中のロボットは静止しているロボットの 周囲を回れるというものです

And your second rule is a pattern rule

もう１つはパターンの規則で

where a robot takes on a color based on its two nearest neighbors.

隣接する２つのロボットによって 自らの色が決まるというものです

So if I start with a blob of robots in a little pattern seed,

パターンが生まれる きっかけを ロボット群に与えておくと

it turns out that these two rules are sufficient for the group

この２つの規則だけで その集団は

to be able to self-assemble a simple line pattern.

単純な線形パターンを 自ら形づくれるようになります

And if I have more complicated pattern rules,

パターンを決める もっと複雑な規則を作り

and I design error correction rules,

エラー訂正規則も加えると

we can actually create really, really complicated self assemblies,

かなり複雑な自己組織化を させることもできます

and here's what that looks like.

このようなものです

So here, you're going to see a thousand robots

ここでは１千台のロボットが

that are working together to self-assemble the letter K.

一緒になって「K」という文字を 自ら形づくっているところです

The K is on its side.

横向きのKです

And the important thing is that no one is in charge.

大事なのは 誰かの指示で 動いているわけではないことです

So any single robot is only talking to a small number of robots nearby it,

個々のロボットは まわりにいる 少数のロボットと交信しているだけで

and it's using its motion rule to move around the half-built structure

完成途上にある形のまわりを 動作規則に従って動き

just looking for a place to fit in based on its pattern rules.

パターンの規則にもとづいて 自分が当てはまる場所を探すのです

And even though no robot is doing anything perfectly,

どのロボットも 完ぺきではありませんが

the rules are such that we can get the collective to do its goal

これらの規則のお陰で ロボット全体が一丸となり

robustly together.

確実に目標を達成できます

And the illusion becomes almost so perfect, you know --

そして 完ぺきと言わんばかりの 錯覚が生まれます―

you just start to not even notice that they're individual robots at all,

個々のロボットが 独立して動いているとは気づかないくらい

and it becomes a single entity,

ロボット全体が １つの存在

kind of like the school of fish.

魚の群れのようになるのです

So these are robots and rules in two dimensions,

これらのロボットや規則は ２次元でのものでしたが

but we can also think about robots and rules in three dimensions.

３次元でロボットや規則を 考えることもできます

So what if we could create robots that could build together?

自ら何かを建てられるロボットを 作り出せたら どうでしょう？

And here, we can take inspiration from social insects.

この点では 社会性昆虫が 参考になります

So if you think about mound-building termites

アリ塚をつくるシロアリや

or you think about army ants,

軍隊アリは

they create incredible, complex nest structures out of mud

泥や 時には自らの体まで使って

and even out of their own bodies.

素晴らしく複雑な構造の巣を 作ります

And like the system I showed you before,

先ほどお見せしたシステムのように

these insects actually also have pattern rules

これらの昆虫にも 実は パターンの規則が備わっていて

that help them determine what to build,

それによって 何を作るか決まっているのです

but the pattern can be made out of other insects,

ただ ほかの昆虫や泥でパターンが 作られるというだけです

or it could be made out of mud.

And we can use that same idea to create rules for robots.

同じ考え方を使って ロボット用の規則を作ることができます

So here, you're going to see some simulated robots.

こちらが ロボットの シミュレーションです

So the simulated robot has a motion rule,

このロボットの持つ動作規則は

which is how it traverses through the structure,

構造物の全体をたどって俯瞰し

looking for a place to fit in,

当てはまる場所を探す というものです

and it has pattern rules where it looks at groups of blocks

さらに パターンの規則で ブロックのかたまりを見て

to decide whether to place a block.

新たなブロックを置くか 決めるようになっています

And with the right motion rules and the right pattern rules,

適切な動作規則とパターンの規則を 与えることで

we can actually get the robots to build whatever we want.

ロボットに 私たちが望むものを 何でも建てさせることができます

And of course, everybody wants their own tower.

もちろん 誰だって 自分の「タワー」がほしいですよね

(Laughter)

（笑）

So once we have these rules,

こうした規則ができたら

we can start to create the robot bodies that go with these rules.

その規則に見合ったロボット本体を 作ることができます

So here, you see a robot that can climb over blocks,

こちらは ブロックをのぼることのできる ロボットで

but it can also lift and move these blocks

ブロックを持ち上げたり 動かしたりもでき

and it can start to edit the very structure that it's on.

自分が身を置く構造そのものにも 手を加えられます

But with these rules,

この規則に見合う形で

this is really only one kind of robot body that you could imagine.

考えられるロボット本体の形は これだけではありません

You could imagine many different kinds of robot bodies.

もっといろんなものを 想像できます

So if you think about robots that maybe could move sandbags

砂のうを運んで 土手を作るのを手伝ってくれるロボットも

and could help build levees,

できるかもしれませんし

or we could think of robots that built out of soft materials

やわらかい素材でロボットを作り

and worked together to shore up a collapsed building --

崩壊した建物を支える作業を 一緒にすることもできます

so just the same kind of rules in different kinds of bodies.

まったく同じ規則を 様々なロボット本体に使えるのです

Or if, like my group, you are completely obsessed with army ants,

あるいは 私たちのように 軍隊アリに魅せられてしまったなら

then maybe one day we can make robots that can climb over literally anything

いつか 文字どおり何でも 乗り越えるロボットを作れるかもしれません

including other members of their tribe,

仲間の上でもお構いなしにのぼり

and self-assemble things out of their own bodies.

自分たちの体を使って 自ら物を組み立てるのです

Once you understand the rules,

規則さえ理解してしまえば

just many different kinds of robot visions become possible.

多種多様なロボットのあり方が 実現できるのです

And coming back to the snorkeling trip,

さて シュノーケリングの話に戻りますと

we actually understand a great deal about the rules that fish schools use.

私たちは 魚の群れが用いる規則の かなりの部分を理解しました

So if we can invent the bodies to go with that,

それに見合ったロボット本体を発明すれば

then maybe there is a future

もしかすると将来的には

where I and my group will get to snorkel with a fish school of our own creation.

私たちは 自ら作った魚の群れと シュノーケリングを楽しめるかもしれません

Each of these systems that I showed you

これまでご紹介した システムの開発を通じて

brings us closer to having the mathematical and the conceptual tools

私たちは 数学的、概念的なツールを活用して

to create our own versions of collective power,

私たち独自の集団の力を 生み出すのに一歩近づいており

and this can enable many different kinds of future applications,

これは将来 様々なことに応用できます

whether you think about robots that build flood barriers

洪水を防ぐ堤防を作るロボットであるとか

or you think about robotic bee colonies that could pollinate crops

作物の受粉をしてくれる ハチ型ロボットのコロニーとか

or underwater schools of robots that monitor coral reefs,

サンゴ礁の監視をする 水中ロボットの群れとか

or if we reach for the stars and we thinking about programming

そして ちょっと背伸びをして 衛星集団を

constellations of satellites.

プログラムすることも考えています

In each of these systems,

どのシステムにおいても

being able to understand how to design the rules of engagement

行動規則の設計の仕方を理解して

and being able to create good collective behavior

良い集団行動を生み出すことが

becomes a key to realizing these visions.

こうした構想を実現する 鍵となります

So, so far I've talked about rules for insects and for fish

さて これまで昆虫や魚や ロボットに関わる規則について

and for robots,

お話ししてきましたが

but what about the rules that apply to our own human collective?

私たち 人間の集団に 当てはまる規則はどうでしょうか？

And the last thought that I'd like to leave you with

最後に皆さんにお伝えしたいのは

is that science is of course itself

科学というものは それ自体が

an incredible manifestation of collective intelligence,

素晴らしい集団的知性を 体現するものですが

but unlike the beautiful fish schools that I study,

私の研究対象である 美しい魚の群れとは違い

I feel we still have a much longer evolutionary path to walk.

私たちの進化は もっともっと長く続くと思うのです

So in addition to working on improving the science of robot collectives,

ですから ロボットの集団にかかる 科学の発展に取り組むだけでなく

I also work on creating robots and thinking about rules

ロボットや規則を作ることを通じて 科学に関わる共同体として

that will improve our own scientific collective.

私たち自身を高めていけるよう 努めています

There's this saying that I love:

私の大好きな名言があります

who does science determines what science gets done.

「どんな人が科学をするかによって 科学でできることが決まる」

Imagine a society

こんな行動規則がある社会を

where we had rules of engagement

想像してみてください

where every child grew up believing that they could stand here

子どもたち皆が いつかここに立って

and be a technologist of the future,

未来の科学技術者になれると 信じて育ち

or where every adult

大人もまた

believed that they had the ability not just to understand but to change

科学技術と 日々の生活との関わりを 理解するだけでなく

how science and technology impacts their everyday lives.

それを変えられると信じる社会です

What would that society look like?

そんな社会になったら どうでしょう？

I believe that we can do that.

私たちにはできる と信じています

I believe that we can choose our rules,

自らの規則を選び

and we engineer not just robots

ロボットだけではなく

but we can engineer our own human collective,

私たち人間集団を 動かしていけると信じています

and if we do and when we do, it will be beautiful.

もし それが叶ったときには それは素晴らしいものになるでしょう

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

（拍手）