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

Переводчик: Polina Gantman Редактор: Inna Kouper

In my early days as a graduate student,

В первые годы своего студенчества

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

я отправилась плавать с маской и трубкой недалеко от Багамских островов.

I'd actually never swum in the ocean before,

До этого, на самом деле, я никогда не плавала в океане,

so it was a bit terrifying.

поэтому мне было немного страшновато.

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

Что мне запомнилось больше всего, когда я опустила голову в воду

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

и пыталась усердно дышать через трубку,

this huge group of striped yellow and black fish

так это огромная стая рыб в жёлто-чёрную полоску,

came straight at me ...

которая плыла прямо на меня...

and I just froze.

И я просто замерла.

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

И потом, как будто вдруг передумав,

came towards me and then swerved to the right

стая подплыла ко мне, но вдруг резко свернула вправо

and went right around me.

и обогнула меня.

It was absolutely mesmerizing.

Это было просто завораживающе.

Maybe many of you have had this experience.

Возможно, многие из вас побывали в такой ситуации.

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

Конечно, я говорю про цвет, про красоту,

but there was also just the sheer oneness of it,

но также и про единство,

as if it wasn't hundreds of fish

как будто это была не сотня рыб,

but a single entity with a single collective mind

а единое целое с единым коллективным разумом,

that was making decisions.

который принимал решения.

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

Когда я оглядываюсь назад, я думаю, что тот опыт в результате определил

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

мою будущую карьеру.

I'm a computer scientist,

Я учёный,

and the field that I work in is artificial intelligence.

и я занимаюсь искусственным интеллектом.

And a key theme in AI

И ключевая тема в ИИ —

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

это понимание разума путём создания вычислительных систем,

that display intelligence the way we see it in nature.

которые демонстрируют разумное поведение, как мы видим его в природе.

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

Самые популярные взгляды на ИИ, конечно, приходят из научной фантастики и кино,

and I'm personally a big Star Wars fan.

и я лично большой поклонник «Звёздных войн».

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

Но там, как правило, крайне человеко-ориентированный вид интеллекта.

When you think of a fish school,

Когда вы думаете о стае рыб,

or when I think of a flock of starlings,

или когда я думаю о стае скворцов,

that feels like a really different kind of intelligence.

это похоже на совсем другой вид интеллекта.

For starters, any one fish is just so tiny

Во-первых, любая рыба просто крошечная

compared to the sheer size of the collective,

по сравнению с размером целой стаи,

so it seems that any one individual

поэтому кажется, что у каждой отдельной особи

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

должен быть ограниченный и близорукий взгляд на происходящее,

and intelligence isn't really about the individual

и что интеллект на самом деле присущ не одной особи,

but somehow a property of the group itself.

а является свойством, принадлежащим всей группе.

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

Во-вторых, и это то, что я всё ещё нахожу наиболее примечательным:

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

мы знаем, что нет лидеров, контролирующих эту рыбную стаю.

Instead, this incredible collective mind behavior

Вместо этого невероятное поведение коллективного разума

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

возникает исключительно из взаимодействий одной рыбы с другой.

Somehow, there are these interactions or rules of engagement

Так или иначе, есть такие взаимодействия или правила взаимодействия

between neighboring fish

между соседними рыбами,

that make it all work out.

позволяющие им действовать сообща.

So the question for AI then becomes,

Поэтому для ИИ возникает вопрос:

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

что это за правила взаимодействия, приводящие к такому виду интеллекта,

and of course, can we create our own?

и можем ли мы создать свои собственные?

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

И это основной вопрос, над которым я и моя команда работаем в лаборатории.

We work on it through theory,

Мы работаем с помощью теории,

looking at abstract rule systems

глядя на системы абстрактных правил

and thinking about the mathematics behind it.

и размышляя о стоящей за всем этим математике.

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

Мы также делаем это с помощью биологии, тесно сотрудничая с экспериментаторами.

But mostly, we do it through robotics,

Но в основном мы используем робототехнику,

where we try to create our own collective systems

где мы пытаемся создать наши собственные коллективные системы,

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

которые могут делать то, что мы видим в природе,

or at least try to.

или по крайней мере приблизиться к этому.

One of our first robotic quests along this line

Одной из наших первых задач на пути робототехники

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

было создание нашей собственной колонии из тысячи роботов.

So very simple robots,

Это очень простые роботы,

but they could be programmed to exhibit collective intelligence,

но их можно запрограммировать, чтобы они проявляли коллективный разум,

and that's what we were able to do.

и нам это удалось.

So this is what a single robot looks like.

Вот так выглядит один робот.

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

Он довольно мал, размером с четвертак,

and you can program how it moves,

и вы можете программировать его движения,

but it can also wirelessly communicate with other robots,

но ещё он может поддерживать беспроводную связь с другими роботами

and it can measure distances from them.

и измерять расстояние до них.

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

Итак, теперь мы можем начать программировать общение,

a rule of engagement between neighbors.

или правила взаимодействия между соседями.

And once we have this system,

И как только мы создадим эту систему,

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

мы можем начать программировать много разных правил взаимодействия,

that you would see in nature.

которые вы видите в природе.

So for example, spontaneous synchronization,

Так, например, спонтанная синхронизация,

how audiences are clapping and suddenly start all clapping together,

когда зрители вдруг начинают хлопать все в едином ритме

the fireflies flashing together.

или светлячки светятся вместе.

We can program rules for pattern formation,

Мы можем программировать правила формирования объектов,

how cells in a tissue

подобно тому как клетки в ткани

determine what role they're going to take on

определяют, какую роль они возьмут на себя,

and set the patterns of our bodies.

и формируют наши тела.

We can program rules for migration,

Мы можем программировать правила миграции,

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

и таким образом мы действительно учимся у природы.

But we can also take it a step further.

Но мы можем пойти ещё дальше.

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

Мы можем принять правила, которые узнали от природы,

and combine them and create entirely new collective behaviors

объединить их и создать совершенно новое коллективное поведение

of our very own.

согласно нашей модели.

So for example,

Так, например,

imagine that you had two different kinds of rules.

представьте, что у вас два разных типа правил.

So your first rule is a motion rule

Итак, первое правило — это правило движения,

where a moving robot can move around other stationary robots.

где движущийся робот может двигаться вокруг других стационарных роботов.

And your second rule is a pattern rule

Второе правило — это правило шаблона,

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

где робот меняет цвет на основе цветов двух ближайших соседей.

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

Если я начну с того, что просто задам роботам какие-то позиции,

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

оказывается, этих двух правил достаточно, чтобы группа

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

могла сама выстроиться в линию.

And if I have more complicated pattern rules,

А если у меня более сложные правила шаблонов

and I design error correction rules,

и я разработаю правила исправления ошибок,

we can actually create really, really complicated self assemblies,

то мы сможем создать очень сложные модели самосборки.

and here's what that looks like.

Вот как это выглядит.

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

Здесь вы видите тысячу роботов,

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

работающих вместе над созданием буквы «К».

The K is on its side.

«К» лежит горизонтально.

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

И главное, никто не управляет этим процессом.

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

Любой робот взаимодействует только с небольшим числом роботов рядом с ним,

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

он использует своё правило движения, перемещаясь по полупостроенной структуре,

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

просто ища себе место, основываясь на правилах и образцах.

And even though no robot is doing anything perfectly,

И хотя ни один из роботов не делает ничего идеально,

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

правила таковы, что мы можем заставить коллектив достигнуть цели

robustly together.

надёжно и вместе.

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

И возникает иллюзия, понимаете —

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

вы просто перестаёте совсем замечать, что это отдельные роботы,

and it becomes a single entity,

они становятся единым целым,

kind of like the school of fish.

как стая рыб.

So these are robots and rules in two dimensions,

Итак, это роботы и их правила в двух измерениях,

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

но мы также можем придумать роботов и правила в трёх измерениях.

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

Что, если бы мы могли создавать роботов, которые умели бы строить?

And here, we can take inspiration from social insects.

Здесь мы можем найти вдохновение у социальных насекомых.

So if you think about mound-building termites

Вспомните о термитах-строителях

or you think about army ants,

или о кочевых муравьях,

they create incredible, complex nest structures out of mud

которые создают невероятные, сложные по структуре гнёзда из грязи

and even out of their own bodies.

и даже из собственных тел.

And like the system I showed you before,

И как система, которую я показала вам раньше,

these insects actually also have pattern rules

эти насекомые на самом деле также имеют свои правила и образцы,

that help them determine what to build,

которые помогают определить, что строить,

but the pattern can be made out of other insects,

но образец может состоять из других насекомых

or it could be made out of mud.

или из грязи.

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

И мы можем использовать ту же идею для создания правил для роботов.

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

Здесь вы видите имитацию нескольких таких роботов.

So the simulated robot has a motion rule,

Такой робот знает правило движения,

which is how it traverses through the structure,

то есть как пройти через структуру

looking for a place to fit in,

в поиске подходящего места для себя,

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

и он знает правило, по которому, глядя на группы кубиков,

to decide whether to place a block.

он решит, нужно ли размещать кубик именно там.

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

И с подходящими правилами движения и образцами,

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

мы можем фактически заставить роботов строить всё, что захотим.

And of course, everybody wants their own tower.

И, конечно, все хотят собственную башню.

(Laughter)

(Смех)

So once we have these rules,

Как только у нас есть эти правила,

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

можно начинать создание роботов, которые работают по ним.

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

Итак, вы видите робота, который может взбираться по кубикам,

but it can also lift and move these blocks

но он также может поднимать и перемещать эти кубики,

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

и он может изменять объект, на котором находится.

But with these rules,

Но с такими правилами

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

можно представить себе только один вид робота.

You could imagine many different kinds of robot bodies.

А ведь можно представить много разных видов роботов.

So if you think about robots that maybe could move sandbags

Можно представить роботов, которые могли бы перемещать мешки с песком

and could help build levees,

и помогать строить дамбы,

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

или мы могли бы придумать роботов, сделанных из мягких материалов,

and worked together to shore up a collapsed building --

работающих вместе, укрепляя рухнувшее здание, —

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

то есть одни и те же правила, но для разных типов роботов.

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

Или если, как и моя группа, вы полностью одержимы бродячими муравьями,

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

возможно, однажды мы сделаем роботов, преодолевающих любые препятствия,

including other members of their tribe,

включая своих собратьев,

and self-assemble things out of their own bodies.

и собирающих объекты из себя самих.

Once you understand the rules,

Как только вы понимаете правила,

just many different kinds of robot visions become possible.

становится возможным создание большого разнообразия видов роботов.

And coming back to the snorkeling trip,

И, возвращаясь к плаванию с маской и трубкой,

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

мы действительно многое понимаем в правилах, которыми пользуются стаи рыб.

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

И если мы сможем придумать подходящую для этого форму тела,

then maybe there is a future

то, возможно, есть будущее,

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

в котором моей группе удастся поплавать со стаей рыб собственного производства.

Each of these systems that I showed you

Каждая из систем, которую я вам показала,

brings us closer to having the mathematical and the conceptual tools

приближает нас к математическим и концептуальным инструментам

to create our own versions of collective power,

для создания собственной версии коллективной силы,

and this can enable many different kinds of future applications,

и это можно будет применить в разных формах —

whether you think about robots that build flood barriers

роботы, которые строят барьеры от наводнений,

or you think about robotic bee colonies that could pollinate crops

или роботизированные пчелиные колонии, опыляющие урожаи,

or underwater schools of robots that monitor coral reefs,

или подводные стаи роботов, присматривающие за коралловыми рифами,

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

или, достигнув звёзд, мы задумаемся о программировании

constellations of satellites.

созвездий спутников.

In each of these systems,

В каждой из этих систем

being able to understand how to design the rules of engagement

способность понимать, как разработать правила взаимодействия,

and being able to create good collective behavior

и умение создавать слаженное коллективное поведение

becomes a key to realizing these visions.

становятся ключами к реализации этих идей.

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

Итак, до сих пор я говорила о правилах для насекомых, рыб

and for robots,

и роботов,

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

но как насчёт правил, применимых к человеческому коллективу?

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

И последняя мысль, с которой я хочу вас оставить, —

is that science is of course itself

это что сама наука, конечно же,

an incredible manifestation of collective intelligence,

являет собой невероятное проявление коллективного разума,

but unlike the beautiful fish schools that I study,

но в отличие от красивых стай рыб, которых я изучаю,

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

я чувствую, что перед нами ещё очень длинный эволюционный путь.

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

Поэтому помимо работы над улучшением науки о сообществах роботов,

I also work on creating robots and thinking about rules

я также работаю над созданием роботов и правил,

that will improve our own scientific collective.

которые улучшат наше собственное научное общество.

There's this saying that I love:

Мне нравится одно высказывание:

who does science determines what science gets done.

кто занимается наукой, тот решает, что она делает.

Imagine a society

Представьте себе общество,

where we had rules of engagement

где были бы правила,

where every child grew up believing that they could stand here

при которых каждый ребёнок рос, веря, что он может быть на моём месте,

and be a technologist of the future,

может стать технологом будущего,

or where every adult

или где каждый взрослый

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

считал бы, что он обладает способностью не просто понять, но и изменить

how science and technology impacts their everyday lives.

то, как наука и техника влияет на их повседневную жизнь.

What would that society look like?

Как бы выглядело это общество?

I believe that we can do that.

Я верю, что это возможно.

I believe that we can choose our rules,

Я верю, что мы можем выбирать правила

and we engineer not just robots

и создавать не только роботов,

but we can engineer our own human collective,

но и наш человеческий коллектив,

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

и когда мы этого достигнем, это будет прекрасно.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)